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propias las creaciones de terceras personas.
Respeto hacia si mismo y hacia los demás.
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
TÍTULO DEL PROYECTO DE TITULACIÓN
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE INGENIERO EN
ELECTRÓNICA Y REDES DE INFORMACIÓN
SORAYA CATHERINE ARÉVALO PASTÁS
[email protected]
DIRECTOR: ING. FERNANDO FLORES
[email protected]
Quito, Mayo 2010
DECLARACIÓN
Yo Soraya Catherine Arévalo Pastás, declaro bajo juramento que el trabajo aquí
descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentada para ningún grado
o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se
incluyen en este documento.
A través de la presente declaración cedo mis derechos de propiedad intelectual
correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según lo
establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la
normatividad institucional vigente.
Soraya Catherine Arévalo Pastás
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Soraya Catherine Arévalo
Pastás, bajo mi supervisión.
Ing. Fernando Flores
DIRECTOR DE PROYECTO
AGRADECIMIENTO
Primero quiero agradecer a Dios por haberme dado la sabiduría que fue necesaria
para terminar la carrera y poder culminar con uno de los principales objetivos
planteados al inicio de mi formación profesional.
A mi madre, a mi hermana y a mi hermano por brindarme todo su apoyo y cariño
para seguir adelante en el transcurso de mi carrera y en el desarrollo de este trabajo
final.
A mi familia y amig@s por su apoyo incondicional y constante preocupación.
Al Ing. Fernando Flores, por servir de apoyo y guía durante el desarrollo de este
proyecto.
Al Ing. Pablo Vega por su colaboración de manera desinteresada para la elaboración
y culminación de este proyecto.
A la Gerencia del Área de Tecnología del Grupo TVCable por el auspicio y la ayuda
brindada con la información necesaria para el desarrollo de este proyecto.
DEDICATORIA
Este proyecto va dedicado a las personas más importantes de mi vida:
A mi mami Mariana que siempre ha sido pilar fundamental en mi vida y un ejemplo
de trabajo y dedicación, brindándome siempre su apoyo incondicional y comprensión
durante mis años de estudio; además por los valores impartidos, por fomentar en mí
el deseo de superación continua.
A mi padre, que aunque físicamente ya no se encuentra a mi lado, siempre lo llevo
en mi corazón sabiendo que desde donde él está, me ha protegido y cuidado
siempre. De igual forma a mi tía Elenita que la llevo en mi corazón, quien siempre
creyó en mí y sé que desde el cielo y con la ayuda de Dios me guiaron y me
ayudaron a salir adelante.
A mi hermana Verónica por el apoyo constante, actitud positiva, sus consejos
siempre acertados para poder superar los momentos difíciles a lo largo de mi carrera
y principalmente por ayudarme a cumplir mis metas, y por supuesto a mi hermano
Cristian por sus palabras de apoyo y afecto.
A mi sobrinita Camila por ser tan dulce y tierna y por darme la alegría de verla crecer
y hacer más placenteros mis días.
A mis amigas Diana, Bachita y Luisana por tener siempre palabras de aliento en
aquellos momentos de debilidad y con quienes he compartido etapas tristes y alegres
de la vida.
CONTENIDO
CAPÍTULO I
MARCO TEÓRICO Y ESTADO ACTUAL DE LA RED DE TELEVISIÓN
DIGITAL DEL GRUPO TVCABLE ...................................................... 1
1.1 SISTEMA DE TELEVISIÓN DIGITAL........................................................................... 1
1.1.1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................. 1
1.1.2 NVELES DE CALIDAD DE LA TELEVISIÓN DIGITAL ......................................... 4
1.1.3 TÉCNICAS DE DISTRIBUCIÓN ........................................................................... 5
1.1.3.1 Distribución por Unicast ................................................................................ 5
1.1.3.2 Distribución por Multicast .............................................................................. 5
1.1.3.3 Distribución por Broadcast ........................................................................... 5
1.1.4 ESTÁNDARES DE TRANSMISIÓN DE TELEVISIÓN DIGITAL .......................... 6
1.1.4.1 Sistema de Tv Digital DVB (Digital Video Broadcasting) ............................... 7
1.1.4.2 Sistema de Tv Digital ATSC (Advanced Television System Committee) ....... 8
1.1.4.3 Sistema de Tv Digital ISDB (Integrated Services Digital Broadcasting) ......... 9
1.1.5 SISTEMAS DE CODIFICACIÓN Y COMPRESIÓN DE AUDIO Y VIDEO
DIGITAL ............................................................................................................ 10
1.1.5.1 Codificación y Compresión de Señales de Audio Digital ............................ 11
1.1.5.1.1 Digitalización de Señales de Audio...................................................... 11
1.1.5.1.2 Compresión de Audio Digital .............................................................. 13
1.1.5.2 Codificación y Compresión de Señales de Video Digital ............................ 15
1.1.5.2.1 Digitalización de Señales de Video...................................................... 16
1.1.5.2.1.1 Breve descripción de las Estructuras de Muestreo para Señales
de Video ...................................................................................... 17
1.1.5.2.2 Compresión de Video Digital .......................................................... 19
1.1.5.2.2.1 Estándares de Compresión .................................................... 21
1.2 BREVE DESCRIPCIÓN DE LA RED HFC DEL GRUPO TVCABLE UTILIZADA PARA
PROVEER EL SERVICIO DE TELEVISIÓN DIGITAL ............................................... 28
1.2.1 INTRODUCCIÓN. .............................................................................................. 28
1.2.2 DESCRIPCIÓN BÁSICA DE LA RED HFC DEL GRUPO TVCABLE. ................. 29
1.2.2.1 Arquitectura de la Red HFC ........................................................................ 29
1.2.2.1.1 Fibra Óptica ........................................................................................ 30
1.2.2.1.2 Cable Coaxial ..................................................................................... 31
1.2.2.1.3 Nodo Óptico ....................................................................................... 31
1.2.2.1.4 Amplificadores de Radio Frecuencia .................................................. 31
1.2.2.1.5 Tap ..................................................................................................... 31
1.2.2.1.6 Decodificador ..................................................................................... 32
1.2.2.1.7 Cable Módem ..................................................................................... 32
1.2.2.2 Canales De Transmisión ............................................................................ 33
1.2.2.2.1 Canal de upstream o canal de retorno ................................................ 33
1.2.2.2.1 Canal de dowstream ........................................................................... 34
1.2.3 ELEMENTOS DE LA RED HFC. ........................................................................ 34
1.2.3.1 Headend o Cabecera ................................................................................. 35
1.2.3.1.1 Recolección de Señales ..................................................................... 37
1.2.3.1.1.1 Microondas .................................................................................. 37
1.2.3.1.1.2 Fibra Óptica ................................................................................ 37
1.2.3.1.1.3 Satelital. ....................................................................................... 37
1.2.3.1.2 Procesamiento ................................................................................... 40
1.2.3.1.3 Codificación ........................................................................................ 40
1.2.3.1.4 Multiplexación ..................................................................................... 41
1.2.3.1.5 Encripción (Scrambling) Y Modulación ............................................... 41
1.2.3.1.6 Audio Digital ....................................................................................... 42
1.2.3.1.7 Control ................................................................................................ 42
1.2.3.1.8 Transmisión ........................................................................................ 43
1.2.3.1.9 Canal De Retorno ............................................................................... 43
1.2.3.1.10 Terminales ........................................................................................ 43
1.2.3.2 Red Troncal o Red de Transporte .............................................................. 44
1.2.3.2.1 Backbone MPLS ................................................................................. 44
1.2.3.2.1.1 Elementos Del Sistema Tellabs 8600........................................... 46
1.2.3.2.1.1.1 Tellabs 8660 Edge Switch ................................................... 46
1.2.3.2.1.1.2 Tellabs 8630 Access Switch ................................................ 48
1.2.3.2.1.2 Tecnología MPLS ....................................................................... 48
1.2.3.2.1.2.1 Componentes MPLS ........................................................... 48
1.2.3.3 Red De Distribución ................................................................................... 51
1.2.3.4 Red De Acceso Y Usuario Final ................................................................. 51
1.3 BREVE DESCRIPCIÓN DE LA RED DE ACCESO xDSL del GRUPO TVCABLE .... 52
1.3.1 BUCLE DIGITAL DE ABONADO (xDSL). ........................................................... 52
1.3.1.1 Funcionamiento ......................................................................................... 53
1.3.1.2 Tipos De Xdsl ............................................................................................ 54
1.3.2 RED DE ACCESO ADSL DEL GRUPO TVCABLE ............................................ 54
1.3.2.1 Equipos Dslam ........................................................................................... 55
1.3.2.1.1 An2200-02 Dslam ............................................................................... 56
1.3.2.1.2 An2200-06 Dslam ............................................................................... 57
1.3.2.2 Servicios mediante CPE (Customer Premises Equipment) accediendo a
la Red DSLAM ........................................................................................... 58
CAPÍTULO II
EQUIPAMIENTO NECESARIO PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE LA
RED IPTV Y APLICACIONES QUE OFRECE EL SISTEMA IPTV…….61
2.1 INTRODUCCIÓN A LA TECNOLOGÍA DE IPTV (INTERNET PROTOCOL
TELEVISION)............................................................................................................. 61
2.1.1 REDES IP ......................................................................................................... 61
2.1.1.1 El Protocolo Internet .................................................................................. 63
2.1.1.1.1 Servicios IP ........................................................................................ 63
2.1.1.1.2 Protocolo IP ......................................................................................... 66
2.2 INTRODUCCIÓN A LA TECNOLOGÍA DE IPTV........................................................ 71
2.2.1 BREVE DESCRIPCIÓN DE LA TECNOLOGÍA STREAMING ........................... 75
2.2.1.1 Protocolos utilizados para el Transporte de Video en Tiempo Real ............ 75
2.2.1.1.1 Protocolos de Transporte ................................................................... 75
2.2.1.1.1.1 Protocolos UDP y TCP ................................................................ 75
2.2.1.1.1.2 Protocolo RTP.............................................................................. 77
2.2.1.1.1.3 Protocolo RTCP. .......................................................................... 77
2.2.1.1.2 Protocolos de Control de la Sesión ..................................................... 78
2.2.1.1.2.1 Protocolo de control de sesión RTSP .......................................... 78
2.3 ARQUITECTURA DE LA RED IPTV ......................................................................... 79
2.3.1 ADQUISICIÓN ................................................................................................... 80
2.3.2 SERVIDORES. .................................................................................................. 81
2.3.3 DISTRIBUCIÓN ................................................................................................. 82
2.3.4 RED DE ACCESO ............................................................................................. 82
2.3.5 SOFTWARE. ..................................................................................................... 83
2.4 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE IPTV .................................................................. 83
2.4.1 ELEMENTOS DEL SISTEMA IPTV ................................................................... 84
2.4.1.1 HeadEnd. .................................................................................................... 84
2.4.1.1.1 Componentes del Headend IP. ............................................................ 85
2.4.1.1.1.1 Receptor Decodificador Integrado (IRD). ..................................... 85
2.4.1.1.1.2 Receptor Off-Air .......................................................................... 86
2.4.1.1.1.3 Switch de Paquetes .................................................................... 87
2.4.1.1.1.4 Manejo de Contenidos ................................................................ 87
2.4.1.1.1.5 Sistemas de Playouts .................................................................. 87
2.4.1.1.1.6 Almacenamiento de Activos ........................................................ 88
2.4.1.1.1.7 Procesamiento de Contenido ...................................................... 88
2.4.1.1.1.8 Inserción de Anuncios ................................................................. 88
2.4.1.2 Video Bajo Demanda ................................................................................. 89
2.4.1.3 Middleware. ................................................................................................ 89
2.4.1.4 Sistema de control de derechos ................................................................. 89
2.4.1.5 Set Top Box ............................................................................................... 89
2.4.1.6 Home Gateways ........................................................................................ 90
2.4.1.7 Servidores para la gestión ......................................................................... 90
2.5 ARQUITECTURA DE REFERENCIA DE UNA RED IPTV PARA EL DISEÑO DEL
PRESENTE PROYECTO ............................................................................................91
2.5.1 SHE (SUPER HEAD END) ................................................................................. 91
2.5.2 VHO (VIDEO HUB OFFICE)............................................................................... 92
2.5.3 VSO (VIDEO SERVING OFFICE) ...................................................................... 92
2.5.4 DNG (DELIVERY NETWORK GATEWAY) ......................................................... 92
2.6 APLICACIONES QUE OFRECE EL SISTEMA IPTV ................................................ 93
2.6.1 PORTAL DE TV ................................................................................................ 94
2.6.1.1 Guía Electrónica de Programación (EPG) ................................................... 94
2.6.1.2 Personal Video Recorder (PVR) ................................................................. 95
2.6.1.3 Time Shift TV (TSTV) .................................................................................. 95
2.6.2 APLICACIONES DISPONIBLES EN IPTV ......................................................... 97
2.6.2.1 Broadcast (Actualización Periódica) ............................................................ 98
2.6.2.2 Interactivo .................................................................................................. 98
2.6.2.3 Transacccional. ......................................................................................... 100
CAPÍTULO III
DISEÑO DE UNA RED DE VIDEO IP CON ARQUITECTURA
REDUNDANTE PARA LA EMPRESA TVCABLE .......................... 102
3.1 ANTECEDENTES. ................................................................................................... 102
3.2 ANÁLISIS DE LA ACTUAL INFRAESTRUCTURA INSTALADA EN EL GRUPO
TVCABLE SOBRE LA CUAL SE PROPONE EL DISEÑO. ...................................... 103
3.3 DISEÑO DE LA RED PLANTEADA PARA LA TRANSMISIÓN DE VIDEO IP. ......... 104
3.3.1 REQUERIMIENTOS FÍSICOS DE LA RED DEL GRUPO TVCABLE ................... 105
3.3.2 NÚMERO DE USUARIOS Y ANCHO DE BANDA PROMEDIO POR USUARIO .. 105
3.3.3 ESTRUCTURA Y EQUIPAMIENTO NECESARIO PARA LA RED IPTV DEL
GRUPO TVCABLE .......................................................................................... 110
3.3.3.1 Diseño propuesto para el Headend .......................................................... 114
3.3.3.1.1 Receptor Satelital. ............................................................................. 114
3.3.3.1.2 EGT. .................................................................................................. 117
3.3.3.1.3 TMUX – 2010. ................................................................................... 118
3.3.3.1.4 VX8000. ............................................................................................ 120
3.3.3.1.5 HEMI... .............................................................................................. 121
3.3.3.1.6 SEM. ................................................................................................. 122
3.3.3.1.7 DM 6400 Cherry Picker De Motorola ................................................ 125
33.3.1.8 Switch De Core GBE 4507. ................................................................ 126
3.3.3.1.9 Servidor De Video ............................................................................. 127
3.3.3.1.10 Router Ip. ........................................................................................ 129
3.3.3.2 Espacio físico requerido en Unidades de Rack (1ru) Necesarias para el
Headend .................................................................................................. 130
3.3.3.3 Diseño a implementarse en los Hubs ....................................................... 130
3.3.3.3.1 Switch Cisco Catalyst 3750... ............................................................ 131
3.4 PROCESO DE CONTROL PARA TELEVISIÓN DIGITAL ....................................... 132
3.4.1 BILLING SYSTEM ........................................................................................... 133
3.4.2 DAC-6000 ........................................................................................................ 134
3.4.3 RADD .............................................................................................................. 134
3.4.4 OM-1000 .......................................................................................................... 134
3.4.5 DECO DIGITAL ............................................................................................... 134
3.4.6 RPD Y ARPD .................................................................................................. 135
3.4.7 NC1500. ........................................................................................................... 135
3.4.8 KLS-1000 ......................................................................................................... 135
3.4. IPG SERVER .................................................................................................... 135
3.4.10 CS-1000 ......................................................................................................... 136
3.5 ESPACIO FÍSICO REQUERIDO EN UNIDADES DE RACK (1RU) NECESARIAS . 136
3.5.1 CONFIGURACIÓN DEL RACK ...................................................................... 137
3.6 COSTOS REFERENCIALES DE TODO EL EQUIMAMIENTO QUE SE
REQUIERE ............................................................................................................. 135
3.6.1 COSTOS DEL EQUIPAMIENTO NECESARIO EN EL HEADEND ................. 137
3.6.2 COSTOS DEL EQUIPAMIENTO NECESARIO PARA EL HUB (SAN
RAFAEL) ........................................................................................................ 140
3.6.3 COSTOS DEL EQUIPAMIENTO TOTAL ........................................................ 141
3.7 ANÁLISIS DE LOS REQUERIMIENTOS NECESARIOS EN EL LADO DEL
USUARIO FINAL .................................................................................................... 142
3.7.1 DECODIFICADOR DIGITAL .......................................................................... 143
3.7.1.1 DETALLES SOBRE EL SERVICIO ........................................................... 144
3.7.2 GUÍA DIGITAL ................................................................................................ 146
3.7.2.1 Guía Comercial ......................................................................................... 147
3.7.2.2 Beneficios De La Guía Digital ................................................................... 148
3.8 ESTUDIO DEL TRÁFICO DE VIDEO SOBRE IP ..................................................... 150
3.8.1 CONSIDERACIONES A TOMAR EN CUENTA ............................................... 150
3.8.1.1 Ancho De Banda Por Fuente De Video Mpeg-2 ........................................ 150
3.8.1.2 Encapsulamiento IP .................................................................................. 150
3.8.2 FUENTES DE VIDEO IP ................................................................................. 150
3.8.3 FUENTES DE VIDEO ASI ............................................................................... 156
3.8.4 DIAGRAMA DE DISTRIBUCIÓN DEL TRÁFICO DE VIDEO SOBRE IP ......... 160
CAPÍTULO IV
4.1 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES..............................161
4.2 RECOMENDACIONES...............................................................................................163
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.................................................................................165
ANEXOS
ÍNDICE DE FIGURAS
CAPÍTULO I
MARCO TEÓRICO Y ESTADO ACTUAL DE LA RED DE TELEVISIÓN DIGITAL
DEL GRUPO TVCABLE
Figura 1.1: Distribución de los estándares digitales a nivel mundial ..................................... 6
Figura 1.2: (a) Onda senoidal. (b) Muestreo de la onda senoidal. (c) Cuantización de las
muestras a 4 bits ......................................................................................... 12
Figura 1.3: Aliasing producido por el submuestreo de la señal, donde, fm<2fs ................... 13
Figura 1.4: (a) Umbral de audibilidad como una función de frecuencia. (b) Efecto de
enmascaramiento .......................................................................................... 14
Figura 1.5: Diferencia entre cuadros inmediatos ................................................................. 16
Figura 1.6: Estructuras de muestreo ................................................................................... 18
Figura 1.7: Arquitectura general de la red HFC .................................................................. 30
Figura 1.8: Distribución del espectro para redes HFC ........................................................ 33
Figura 1.9: Red HFC con sus respectivos elementos ......................................................... 35
Figura 1.10: Estructura básica del HeadEnd....................................................................... 36
Figura 1.11: Línea de vista entre antenas ........................................................................... 37
Figura 1.12: Enlace satelital para recepción de canales internacionales ............................ 38
Figura 1.13: Ángulos que determinan la orientación de las antenas parabólicas ................ 38
Figura 1.14: Ubicación del LNB. ......................................................................................... 39
Figura 1.15: Diagrama MPLS del Grupo TVCable – Quito .................................................. 47
Figura 1.16 Red MPLS de TVCable UIO ............................................................................ 50
Figura 1.17: Estructura básica de la tecnología DSLAM ..................................................... 55
Figura 1.18 Vista frontal y posterior del DSLAM AN2200-02. ............................................. 57
Figura 1.19 Vista frontal y posterior del DSLAM AN2200-06 .............................................. 58
Figura 1.20 Esquemático general de la red DSLAM del Grupo TVCable ............................ 59
Figura 1.21 Red IP/MPLS ................................................................................................... 60
CAPÍTULO II
EQUIPAMIENTO NECESARIO PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE LA RED IPTV Y
APLICACIONES QUE OFRECE EL SISTEMA IPTV
Figura 2.1 Arquitectura de las redes NGN .......................................................................... 62
Figura 2.2 Cabecera IPv4 ................................................................................................... 66
Figura 2.3 Ubicación del protocolo IGMP en la arquitectura TCP/IP ................................... 68
Figura 2.4 Encapsulamiento de un mensaje IGMP ............................................................. 69
Figura 2.5 : Cabecera de IGMP .......................................................................................... 69
Figura 2.6 Señalización de IGMP ....................................................................................... 70
Figura 2.7 Pila de protocolos para streaming de vídeo ....................................................... 76
Figura 2.8 Arquitectura para streaming de vídeo ................................................................ 80
Figura 2.9 Arquitectura de las redes NGN .......................................................................... 82
Figura 2.10 Esquema de IPTV............................................................................................ 84
Figura 2.11 Sistema HeadEnd. ........................................................................................... 85
Figura 2.12 Topología del sistema IPTV ............................................................................. 90
Figura 2.13 Segmentación de la arquitectura de IPTV ........................................................ 91
Figura 2.14 Arquitectura de las redes NGN ........................................................................ 93
Figura 2.15 Portal de TV que dispone Middleware ............................................................. 94
Figura 2.16 Interfaz de la EPG ........................................................................................... 95
Figura 2.17 Aplicaciones de Broadcast (actualización periódica) ........................................ 97
Figura 2.18 Aplicaciones Interactivas ................................................................................. 99
Figura 2.19 Aplicaciones del tipo Transaccional ................................................................. 99
CAPÍTULO III
DISEÑO DE UNA RED DE VIDEO IP CON ARQUITECTURA REDUNDANTE PARA
LA EMPRESA TVCABLE
Figura 3.1 Arquitectura actual de la red de televisión digital ............................................. 102
Figura 3.2 Estructura del diseño propuesto ...................................................................... 104
Figura 3.3 Infraestructura planteada ................................................................................. 104
Figura 3.4 Equipos DSLAM asociados al MPLS San Rafael ............................................. 106
Figura 3.5 Clientes configurados en los DSLAM asociados al MPLS San Rafael ............. 106
Figura 3.6 Canales incluidos en el Paquete Super Premium ............................................ 109
Figura 3.7 Estructura en HeadEnd actual ......................................................................... 114
Figura 3.8 Receptor Satelital DSR-4400MD de Motorola .................................................. 113
Figura 3.9 Receptor Satelital marca Scientific Atlanta....................................................... 114
Figura 3.10 Fotografía de un EGT .................................................................................... 117
Figura 3.11 Funcionamiento de una cascada ................................................................... 118
Figura 3.12 Fotografía de un TMUX-2010 ........................................................................ 118
Figura 3.13 Chasis del TMUX-2010 (vista frontal) ............................................................ 119
Figura 3.14 Fotografía de un equipo VX8000 ................................................................... 122
Figura 3.15 Fotografía de un equipo HEMI ....................................................................... 125
Figura 3.16 Vista frontal de un SEM ................................................................................. 123
Figura 3.17 Propuesta de estructura en HeadEnd ............................................................ 124
Figura 3.18 Vista frontal de un DM 6400 .......................................................................... 125
Figura 3.19 Switch de Core GiEth 4507............................................................................ 126
Figura 3.20 Estructura de un servidor de Video ................................................................ 127
Figura 3.21 Trayectoria del flujo de datos ......................................................................... 128
Figura 3.22 Arquitectura de servidor de video centralizado .............................................. 129
Figura 3.23 Diseño a implementarse en el HeadEnd San Rafael ..................................... 131
Figura 3.24 Switch Catalyst 3750 ..................................................................................... 132
Figura 3.25 Esquema del proceso de control.................................................................... 133
Figura 3.26 Trayectoria del flujo de datos ......................................................................... 137
Figura 3.27 Comparación de banda para sistema análogo y digital .................................. 143
Figura 3.28 Decodificador Digital DCT 3080 ..................................................................... 143
Figura 3.29 Instalación del DCT al televisor...................................................................... 145
Figura 3.30 Instalación del DCT al VCR ........................................................................... 145
Figura 3.31 Guía Digital .................................................................................................... 146
Figura 3.32 Formato PPV ................................................................................................. 147
Figura 3.33 Navegando por Programación ....................................................................... 148
Figura 3.34 Consulta de Programación ............................................................................ 149
Figura 3.35 Compras de eventos PPV.............................................................................. 149
Figura 3.36 Distribución del Tráfico de Video sobre IP ..................................................... 160
ÍNDICE DE TABLAS
CAPÍTULO I
MARCO TEÓRICO Y ESTADO ACTUAL DE LA RED DE TELEVISIÓN DIGITAL
DEL GRUPO TVCABLE
Tabla 1.1 Perspectiva de desarrollo de la TV digital por satélite, cable, TDT e IPTV ............ 3
Tabla 1.2 Formatos de Televisión Digital .............................................................................. 4
Tabla 1.3 Distribución del Espectro en la red HFC ............................................................. 32
CAPÍTULO II
EQUIPAMIENTO NECESARIO PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE LA RED IPTV Y
APLICACIONES QUE OFRECE EL SISTEMA IPTV
Tabla 2.1 Opciones de calidad del servicio IP .................................................................... 65
CAPÍTULO III
DISEÑO DE UNA RED DE VIDEO IP CON ARQUITECTURA REDUNDANTE PARA
LA EMPRESA TVCABLE
Tabla 3.1 Ancho de banda por usuario para IPTV ............................................................ 107
Tabla 3.2 Distribución de equipos en rack ........................................................................ 130
Tabla 3.3 Distribución de equipos en rack ........................................................................ 136
Tabla 3.4 Costos referenciales para el equipamiento del HeadEnd .................................. 140
Tabla 3.5 Costos referenciales para el equipamiento de HUB San Rafael ....................... 141
Tabla 3.6 Costos referenciales del equipamiento total ...................................................... 141
RESUMEN
El presente proyecto de titulación tiene como objetivo realizar el diseño de una red de
Video IP con arquitectura redundante para una posible implementación del Servicio
de IPTV para el Grupo TVCable en el sector del Valle de los Chillos (específicamente
el sector de San Rafael), para lo cual se ha revisado la Red actual con la que cuenta
la empresa y los cambios necesarios a realizar para brindar dicho servicio.
La tecnología IPTV se encuentra en pleno auge a nivel mundial gracias a sus
múltiples beneficios permitiendo la entrega de servicios interactivos a los usuarios a
precios asequibles. Es así, que para la consecución del objetivo planteado, este
proyecto se desarrolla en función de cuatro capítulos en los que se analiza y detalla
claramente los aspectos relevantes de la situación actual de la red de televisión
digital del Grupo TVCable y los requerimientos necesarios para implementar la
solución planteada.
El capítulo uno presenta información general del sistema de televisión digital en el
que se incluye las diferentes técnicas de distribución así como también los
estándares de transmisión y sistemas de codificación y compresión de video digital
que se utilizan actualmente en SDTV y HDTV. Se realiza también una breve
descripción de la situación actual de la red del Grupo TVCable que mediante la red
HFC provee el servicio de televisión digital así como también se describe la red de
acceso ADSL de la empresa.
En el segundo capítulo se hace una introducción a la tecnología de IPTV en donde
se detallan los protocolos utilizados para el transporte de video en tiempo real.
Además se analiza las características y arquitectura del sistema IPTV, para luego
realizar una descripción funcional de los equipos básicos necesarios para la
implementación del mismo y finalmente se concluye analizando en forma específica
cada uno de los servicios que se pueden ofertar a los suscriptores.
En el tercer capítulo se estudian los requerimientos que se tendrá en las redes de
transporte y acceso, y las adecuaciones que deberán realizarse analizando la actual
infraestructura instalada del Grupo TVCable sobre la cual se propone el diseño tanto
para HeadEnd con salida de video sobre IP así como también el equipamiento a
utilizarse en los HUBs y en el usuario final. Aquí también se contempla los costos
que implicaría la adquisición de todo el equipamiento necesario.
Finalmente, en el cuarto capítulo se describen las conclusiones y recomendaciones
derivadas del desarrollo del presente Proyecto.
1
CAPÍTULO I
MARCO TEÓRICO Y ESTADO ACTUAL DE LA RED DE
TELEVISIÓN DIGITAL DEL GRUPO TVCABLE
1.1 SISTEMA DE TELEVISIÓN DIGITAL
1.1.1 INTRODUCCIÓN [1], [2]
Desde el punto de vista tecnológico, se considera que los años 90 pasarán a la
historia por la implantación de la televisión digital. Tras unos años de revolución
tecnológica en el mundo de las telecomunicaciones en general, sin duda, lo que ha
permitido comenzar la revolución en el mundo de la televisión ha sido por un lado la
viabilidad de la puesta en práctica de las ideas acerca del tratamiento digital de la
señal de televisión, y por otra parte, el desarrollo de estándares de codificación y
transmisión.
El gestor de esta revolución en Europa ha sido el proyecto DVB (Digital Video
Broadcasting). Con estas siglas se conoce al proyecto europeo que tiene por objetivo
establecer, por consenso, el marco técnico para la introducción de los sistemas de
TV digital que serán usados por los radiodifusores. El proyecto DVB ha desarrollado
los sistemas de transmisión de señales digitales vía satélite, cable, terrestre e
Internet optando paralelamente por MPEG-2 (Moving Pictures Expert Group) como
estándar de codificación de audio y video.
2
Cada uno de los sistemas de transmisión posee elementos distintivos que les brindan
fortalezas y debilidades por igual. Ante esta diversidad de oportunidades que se
tiene, conviene destacar los principales aspectos que servirán de comparación entre
ellos. De esta forma se puede establecer el grado de penetración y posibilidades que
cada uno de estos soportes tendrá en el futuro. En la Tabla 1.1 se muestra una
perspectiva de desarrollo de la TV digital por satélite, cable, TDT e IPTV.
SATÉLITE
Arraigo social
Canal de retorno
CABLE
Alto
Alto
Limitado
Ilimitado
TDT
Bajo, ante el reciente
avance en este campo.
Limitado
IPTV
Bajo
Ilimitado, de acuerdo
(Teléfono, 56
(50 Mhz de retorno que
Kbps)
equivalen a +300 Mbps)
Implantación
Fácil / Rápida
Difícil / Costosa
Fácil / Rápida
Fácil/Rápida
Cobertura
Continental
Local
Local
Mundial (potencial)
Ancho de banda
Gran capacidad
Gran capacidad
Limitado
Gran capacidad
(teléfono, 56 Kbps)
Aunque en sus comienzos,
Contenidos
Modalidad comercial
con el ancho de
banda existente
Información
Información
la información era
particularmente
especialmente local, ha ido
Información local y
regional, nacional y
internacional y
ampliando hasta ser
nacional
local con capacidad
regional
actualmente parecida a la
para más de 10.000
televisión por satélite
canales
Modelo de TV de
pago
Modelo de TV de pago
internacional,
Modelo de TV en abierto
o parcialmente de pago
Modelo de TV en
abierto/ parcial de
pago o de pago
Servicio audiovisual
Mayoritariamente
Servicios
audiovisuales
Servicios audiovisuales,
acceso a Internet y
telefonía
Mayoritariamente
audiovisual
y otros servicios de
valor añadido
(internet, telefonía
entre otros)
Alto, ante su
capacidad para ser
visionado a través de
dispositivos
Desarrollo de
sistemas móviles
Nulo
Nulo
Alto, ante su naturaleza
inalámbrica
inalámbricos y de
acceso desde
cualquier punto con
acceso a internet con
banda ancha en el
mundo
3
SATÉLITE
CABLE
No se debe a
causas
incontrolables y
Generación de Eco
pueden evitarse
con un buen
diseño de la
TDT
IPTV
Elevada difusión de
No se debe a causas
incontrolables y pueden
evitarse con un buen
diseño de la instalación
instalación
ecos, debido a la
No se debe a causas
particularidad de
incontrolables y
factores que los generan
pueden evitarse con
(montañas, estructuras
un buen diseño de la
metálicas, grúas
instalación
próximas, entre otras)
Baja, los principales
problemas en torno a
esto pueden ser
debido a problemas
Relación señal/ruido
Baja
Alta
Media
con la codificación de
los datos enviados,
los cuales generan
espacios de silencios
durante la
transmisión
Potencia de recepción
Pequeña
Alta
Media
Alta
Alta
Alta
Baja. Está más
Producción de
Alta
contenidos
relacionada con la
distribución que en la
producción actualmente
Presencia
Organización
corporativa
mayoritaria de
plataformas y
conglomerados
transnacionales
Presencia mayoritaria de
Presencia mayoritaria de
plataformas y
canales y operadores
conglomerados
televisivos locales y
transnacionales
nacionales
Presencia
mayoritaria de
plataformas y
conglomerados
transnacionales
Tabla 1.1: Perspectiva de desarrollo de la TV digital por satélite, cable, TDT e
IPTV [2]
Los sistemas descritos no se contraponen, sino que se complementan entre sí. El
desarrollo de éstos en los diferentes ámbitos locales, nacionales y regionales,
requerirá del establecimiento de un escenario favorable para que encuentren cabida,
4
lo más armónico posible. El proceso es largo e involucra un sinnúmero de factores
económicos, políticos, sociales y culturales, los cuales delinearán o no la primacía de
alguno de ellos.
1.1.2 NIVELES DE CALIDAD DE LA TELEVISIÓN DIGITAL
Hay diferentes niveles de calidad de sistemas de televisión digital. Los más comunes
son SDTV y HDTV cuyas características se detallan en la tabla 1.2:
FORMATO
HDTV
SDTV
RESOLUCIÓN
VERTICAL
1
RESOLUCIÓN
HORIZONTAL
2
RELACIÓN DE
ASPECTO
3
CUADROS POR
BARRIDO
SEGUNDO
[TIPO]
4
1080
1920
16:9
30
Progresivo
1080
1920
16:9
30
Entrelazado
720
1280
16:9
60
Progresivo
480
704
4:3, 16:9
60
Progresivo
480
704
4:3, 16:9
30
Entrelazado
480
640
4:3
60
Progresivo
480
640
4:3
30
Entrelazado
5
Tabla 1.2 Formatos de Televisión Digital [3]
1
Resolución Vertical: se refiere al ritmo con que el haz electrónico completa su ciclo de movimiento
vertical, desde la parte superior hasta la parte inferior de la pantalla para volver nuevamente a la parte
superior.
2
Resolución Horizontal: es la velocidad con que el haz electrónico completa su ciclo de movimiento
horizontal de izquierda a derecha y regresa nuevamente a la izquierda.
3
Relación de Aspecto: la relación de aspecto (Aspect Ratio o razón de proporcionalidad) de una
imagen es la relación entre su anchura y altura (típicamente expresado como «X:Y»).
4
Barrido Progresivo: todas las líneas de la imagen se barren consecutivamente
5
Barrido Entrelazado: consiste en la transmisión de un primer campo compuesto por las líneas
impares de la imagen y a continuación un segundo campo formado por las líneas pares, esta forma de
barrer la imagen, permite duplicar la frecuencia de refresco (FR) de la pantalla sin aumentar el ancho
de banda para un número de líneas dado, el barrido entrelazado se obtiene utilizando un número
impar de líneas, de manera que el primer campo comience en una línea completa, terminando en la
mitad de otra línea, y el segundo campo comience en la mitad de una línea y finalice con una línea
completa.
5
1.1.3 TÉCNICAS DE DISTRIBUCIÓN [4]
Existen varios tipos de transmisión de datos, entre los principales están: distribución
por Unicast, Multicast y Broadcast.
1.1.3.1 DISTRIBUCIÓN POR UNICAST
Es la transmisión punto a punto, utiliza la arquitectura cliente/servidor donde se
transmite múltiples flujos de datos. Esta arquitectura consume mayor ancho de
banda.
1.1.3.2 DISTRIBUCIÓN POR MULTICAST
Es la transmisión punto a multipunto, utiliza la arquitectura cliente/servidor para un
grupo de usuarios determinados por el servidor, multicast transmite un solo flujo de
datos multimedia para un grupo determinado de usuarios.
1.1.3.3 DISTRIBUCIÓN POR BROADCAST
En ésta transmisión se comunica con un solo flujo de datos multimedia a todos los
usuarios miembros de una red. Este sistema tiene el inconveniente de que los hosts
que no quieran escuchar la transmisión estarán aceptando un tráfico indeseado, a no
ser que desactiven su función de escuchar el tráfico broadcast, con lo cual podrían
perderse mensajes importantes.
Es la forma más popular de comunicación por video llamada comunicación por
difusión (broadcast communication) como por ejemplo la televisión. La difusión es
una forma muy eficiente de comunicación para contenidos populares, ya que puede
enviar estos contenidos a todos los receptores al mismo tiempo. Un aspecto
importante de la comunicación por difusión es que el sistema debe ser diseñado para
suministrar a cada potencial receptor la señal requerida. Esto se debe a que cada
6
receptor puede presentar diferentes características de canal, por lo que el sistema se
diseña para el peor caso.
1.1.4 ESTÁNDARES DE TRANSMISIÓN DE TELEVISIÓN DIGITAL
En la actualidad existen tres modalidades de estandarización del sistema televisivo
digital: sistema de TV digital DVB, adoptado por Europa;
Sistema de TV digital
ATSC, desarrollado desde los Estados Unidos. Sistema de TV digital ISDB-T,
adoptado por Japón.
En la Figura 1.1 se muestra la distribución de los estándares digitales en el mundo en
donde
puede
observar
que
la
mayor
proximidad
tecnológica
la
tiene
DVB.
Figura 1.1: Distribución de los estándares digitales a nivel mundial [5]
El establecimiento de estas normativas tiene un comienzo común: las expectativas
comerciales existentes alrededor del ámbito digital en el mundo. Tras estos tres
estándares están implícitas las aspiraciones de ejercer el predominio en la evolución
7
y desarrollo de la televisión digital en el escenario mundial actual. En la medida que
se logre vislumbrar la capacidad tecnológica de los principales países y regiones que
están a la cabeza de este proceso, se podrá determinar cuál de las tres modalidades
logrará un espacio firme en el proceso de inclusión de este nuevo soporte. El camino
optado por cada uno de los países en el mundo dependerá de la capacidad y la
voluntad política en cada uno de ellos al momento de establecer el estándar que más
se ajusta a sus necesidades.
1.1.4.1 SISTEMA DE TV DIGITAL DVB (DIGITAL VIDEO BROADCASTING) [6]
DVB es un estándar europeo adoptado mundialmente por más de 100 países. Desde
su concepción en 1993, el Proyecto DVB ha tenido mucho éxito al crear un estándar
abierto para televisión digital que garantiza al país que lo adopte. Hay más de 120
millones de receptores DVB en operación.
De todos los estándares, el DVB es quizás el que más importancia posee en la
actualidad.
Este sistema ofrece características como:
• Interoperabilidad: Al ser un estándar abierto, se garantiza capacidad de
interconexión entre los sistemas independientemente de los fabricantes que
provean los equipos. DVB utiliza el sistema de codificación MPEG-2 que
permite que las señales se transmitan con facilidad en cualquier medio de
transmisión.
• Flexibilidad: DVB entrega al usuario virtualmente cualquier clase de señal
digital, ya sea HDTV (televisión de alta definición), SDTV (televisión estándar)
en los sistemas PAL, NTSC o SECAM; o nuevos contenidos multimedia de
banda ancha y servicios interactivos.
8
• IPR: La política IPR (Intellectual Property Rights) de DVB está diseñada para
proteger el interés de quienes cuentan con licencias IPR para el despliegue en
el mercado de productos y servicios.
• Organización: Los miembros del proyecto DVB desarrollan y acuerdan
especificaciones que luego pasan al cuerpo de estándares europeos para los
sistemas de medios, el EBU/CENELEC/ETSI para aprobación. Luego el
CENELEC y, en la mayoría de los casos, la ETSI las formaliza como
estándares.
• Áreas de aplicación: Hay subconjuntos de estándares que vienen
identificados según el área de su aplicación:
·
DVB-C: sistema de cable digital.
·
DVB-H: teledifusión digital terrestre para receptores handheld que
funcionan con baterías.
·
DVB-S: es la versión de primera generación del sistema satelital digital.
·
DVB-S2: es la especificación para la versión de segunda generación del
sistema satelital digital.
·
DVB-T: es la especificación del sistema de teledifusión digital terrestre.
·
DVB-DATA: especificación del sistema de entrega de datos cíclicos.
·
DVB-SI: sistema de información de servicio.
·
DVB-MHP: Middleware para televisión interactiva.
1.1.4.2 SISTEMA DE TV DIGITAL ATSC (ADVANCED TELEVISION SYSTEM
COMMITTEE)
Estándar estadounidense integrado por las diferentes corporaciones privadas,
asociaciones e instituciones educativas; y aprobado en 1996 por el FCC (Federal
Communication Commision).
9
Adoptado por Canadá en 1997, Argentina en 1998, Corea del Sur 1997 y México en
2004. El Advanced Television Systems Committe, Inc., es una organización
internacional sin fines de lucro que desarrolla estándares para televisión digital.
ATSC crea y promueve la implementación de Estándares y Prácticas Recomendadas
“voluntarias” para el avance de la difusión (broadcasting) de televisión digital terrestre
y para facilitar la interoperabilidad con otros sistemas.
Actualmente hay aproximadamente 140 miembros que representan a las industrias
de difusión, equipos de difusión, cine, electrónica del consumidor, computadores,
cable, satélite y semiconductores.
El estándar ATSC incluye televisión digital de alta definición (HDTV), televisión de
definición estándar (SDTV), broadcasting de datos, audio multicanal surround-sound6
y televisión interactiva.
1.1.4.3 SISTEMA DE TV DIGITAL ISDB (INTEGRATED SERVICES DIGITAL
BROADCASTING) [7], [8]
Fue aprobado por el Consejo Japonés de Telecomunicaciones y Tecnología
(Japanese Telecommunications Technology Council – TTC) en noviembre de 1998.
Esta norma es la respuesta de este país para el ajuste de lo digital a los
requerimientos y expectativas existentes en el campo nacional, en especial, a la
televisión digital terrestre (TDT). El comienzo de este estándar estuvo marcado por
las pruebas iniciales llevadas a cabo en Tokio desde el mismo mes y año de
aprobación de esta normativa. Estas pruebas tuvieron como objetivo inicial la emisión
experimental a través del HDTV y SDTV en esta ciudad. Todo esto, con el fin de
desarrollar nuevos servicios y contenidos digitales en el campo multimedia.
6
Surround-Sound: el sonido Surround se refiere al uso de múltiples canales de audio para provocar
efectos envolventes a la audiencia, ya sea proveniente de una película o de una banda sonora. Esta
tecnología ha llegado hoy a nuestros hogares, como parte fundamental de los sistemas de cine en
casa o Home Theaters.
10
ISDB, siendo un estándar tecnológicamente bueno, sus particularidades relacionadas
con el ambiente japonés, limitan su aceptabilidad.
Los sub-estándares más importantes de ISDB son:
• ISDB-S: Televisión digital satelital.
• ISDB-T: Televisión digital terrestre (broadcasting). Este subestándar tiene, a
su vez, estándares para la recepción móvil en las bandas de broadcasting y
servicios en teléfonos celulares, laptops y vehículos.
• ISDB-C: Televisión digital por Cable.
Todos los estándares se basan en el estándar de codificación digital de audio y video
MPEG-2 y tienen posibilidad de HDTV (Televisión de alta definición).
En Ecuador hacia abril de 2009, se estaba estudiando el estándar japonés ISDB, la
versión Brasileña modificada de éste y el estándar europeo DVB-T. En
aproximadamente dos años los canales de TV local comenzarán la transmisión
digital. Se planea como fecha tentativa el 2019 para el apagón análogo.
1.1.5 SISTEMAS DE CODIFICACIÓN Y COMPRESIÓN DE AUDIO Y VIDEO
DIGITAL
Las señales de audio y video son originalmente de naturaleza analógica por lo que
es necesario convertirlas en señales digitales. La digitalización puede lograrse de
diferentes maneras mediante codificadores. Además, las señales analógicas llevan
información redundante. Se puede eliminar la redundancia mediante algoritmos para
comprimir la señal, esto es, enviar solamente la información esencial sin que el oído
o el ojo humano perciban la diferencia.
11
Existen varios estándares para realizar compresión digital, los más utilizados en los
últimos tiempos son MPEG-2 y H.264. Los 3 estándares de televisión Digital (ATSC,
DVB e ISDB) usan MPEG-2. En el caso de IPTV la tendencia es el uso de H.264 por
su mejor calidad.
1.1.5.1 CODIFICACIÓN Y COMPRESIÓN DE SEÑALES DE AUDIO DIGITAL [9]
Una onda de audio (sonido) es una onda acústica de una dimensión. Cuando una
onda acústica entra en el oído, el tímpano vibra, causando que los pequeños huesos
del oído interno vibren con él, enviando pulsos nerviosos al cerebro. El escucha
percibe estos pulsos como sonido. De manera parecida, cuando una onda acústica
incide en un micrófono, éste genera una señal eléctrica, que representa la amplitud
del sonido como una función del tiempo. La representación, procesamiento,
almacenamiento y transmisión de tales señales de audio es una parte principal del
estudio de los sistemas multimedia.
1.1.5.1.1
DIGITALIZACIÓN DE SEÑALES DE AUDIO
La gama de frecuencias perceptibles por el oído humano va de 20 Hz a 20.000 Hz
por lo que las señales de audio deberían ser digitalizadas a una frecuencia de
muestreo mínima de 40 KHz. La AES/EBU7 define tasas de muestreo para las
señales de audio de 44.1 KHz y 48 KHz.
Las ondas de audio pueden convertirse a una forma digital mediante un ADC
(convertidor analógico a digital). Un ADC toma un voltaje eléctrico como entrada y
genera un número binario como salida. En la Figura 1.2 (a) se muestra un ejemplo de
onda senoidal. Para representar esta señal de manera digital, simplemente la
7
AES/EBU: Audio Engineering Society / European Broadcasting Union, Sociedad de ingeniería del
audio / Unión de difusión europea.
12
muestreamos cada ∆T segundos8, como lo muestra la altura de las barras de la
Figura 1.2 (b). A este método de representar una señal analógica como una
secuencia de números se le conoce como Pulse Code Modulation (PCM).
Si una onda de sonido no es una onda senoidal pura, sino una superposición de
ondas senoidales en las que la componente de más alta frecuencia es f, entonces el
teorema de Nyquist9 establece que es suficiente tomar muestras a una frecuencia
2fs10.
Figura 1.2: (a) Onda senoidal. (b) Muestreo de la onda senoidal. (c)
Cuantización de las muestras a 4 bits [9]
Las muestras digitales nunca son exactas. Las muestras de la Figura 1.2 (c) sólo
permiten nueve valores, de -1.00 a + 1.00 en incrementos de 0.25. Una muestra de 8
bits permitirá 256 valores diferentes. Una muestra de 16 bits permitirá 65.536 valores
diferentes. El error introducido por la cantidad finita de bits por muestra se llama
ruido de cuantización. Si éste es demasiado grande, el oído lo detecta.
8
∆T segundos: periodo de tiempo entre cada muestra, conocido como intervalo de muestreo o periodo
de muestreo.
9
Teorema de Nyquist: Nyquist probó que si se pasa una señal cualquiera a través de un filtro pasabajas de ancho de banda H, la señal filtrada se puede reconstruir por completo tomando sólo 2H
muestras (exactas) por segundo. No tiene sentido muestrear la línea a una rapidez mayor que 2H
veces por segundo porque los componentes de mayor frecuencia que tal muestreo puede recuperar
ya se han filtrado.
10
Al número de veces que una señal es muestreda en un intervalo de tiempo se le conoce como taza
de muestreo o frecuencia de muestreo y se mide en Hertz (muestras por segundo). Este criterio
obedece a la expresión fm ≥ 2fs, donde fm = frecuencia de muestreo y fs = frecuencia máxima o
frecuencia de Nyquist.
13
Si se muestrea a una tasa menor que la de Nyquist (submuestreada) da lugar a un
fenómeno que se conoce como ALIASING (interferencia de colas espectrales), ver
Figura 1.3. Cuando la señal se muestrea a una tasa mayor que la de Nyquist se dice
que la señal esta sobremuestreada. Muestrear a una frecuencia mayor no tiene
ningún valor, porque no están presentes las frecuencias mayores que serían
detectadas por dicho muestreo.
Figura 1.3: Aliasing producido por el submuestreo de la señal, donde, fm<2fs [4]
1.1.5.1.2
COMPRESIÓN DE AUDIO DIGITAL
En cada uno de los estándares de TV Digital, se usa un diferente formato para la
codificación-compresión del audio. Sin embargo el de mayor difusión es el sistema
Dolby Digital AC-3 cuyas características se detallan a continuación.
•
DOLBY DIGITAL AC-3 [10]
En los CD's y Laser Discs, se emplea audio digital en formato PCM. En esta
codificación se muestrea la onda analógica de 16 bits 44100 veces por segundo. Sin
embargo, este proceso crea una cantidad inmensa de datos que es excesiva para los
sistemas multicanal. De este modo debe utilizarse una forma de reducción de datos
14
para reducir la cantidad total de información sin degradar la calidad del sonido, de ahí
la introducción del Dolby Digital AC-3.
Para almacenar 5.1 canales separados de información, una forma de reducir la
cantidad resultante de bits podría ser reduciendo el número de bits de cuantización
(es decir, de 16 bits a 10 bits), pero no sin un aumento del nivel de ruido del sistema.
Una resolución de 16 bits permite al sistema 65.536 palabras de "descripción"
posibles, mientras que una resolución de 10 bits solamente permite 1.024
descripciones, con lo que se reduce de este modo la precisión general de cada
muestra.
En lugar de ello, el sistema Dolby Digital AC-3 varía la velocidad de transmisión de
forma instantánea en función de la frecuencia, para controlar la resolución general de
la zona audible. Con la utilización de algoritmos complejos, calcula la distribución
óptima de los bits sin ninguna degradación audible del sonido.
La compresión digital produce de forma inherente más ruido que la transmisión de
datos sin compresión. Cuanto menos son los bits utilizados para describir una señal
de audio, mayor es el ruido. De este modo, el sistema Dolby Digital AC-3 compensa
esta reducción de información de dos modos, una por filtrado digital y dos por
enmascaramiento.
Figura 1.4: (a) Umbral de audibilidad como una función de frecuencia. (b)
Efecto de enmascaramiento [9]
15
El filtrado digital tiene lugar en las primeras etapas del proceso, la información es
fragmentada en 256 bandas de frecuencia. Pasando la información de audio a través
de una serie de filtros de paso de banda para cada uno de los cinco canales, se
suprime la mayor parte del ruido al limitar la respuesta de frecuencia.
En la etapa de salida, el enmascaramiento (Figura 1.4 (b)) se produce en la mayoría
de sistemas analógicos de reducción de ruido desarrollados por Dolby, y tienen una
amplia aceptación en la industria electrónica.
Dolby Digital AC-3 es un sistema denominado de 5,1 canales debido a que
proporciona 5 canales independientes (izquierdo, derecho, central, surround
izquierdo y sourround derecho); todos ellos reproducen una gama de 20 a 20.000 Hz;
mientras que el sexto canal (20 Hz – 120 Hz) se destina para los tonos bajos.
Además, el sistema Dolby Digital AC-3 mejora la separación entre canales y la
capacidad de que sonidos individualizados lleguen desde múltiples direcciones al
oyente. El Dolby Digital es el formato que proporciona sonido envolvente, pero su
flexibilidad permite emisiones desde sonido monofónico a multicanal y sin problemas
de compatibilidad.
Dolby AC3 está asociado con el estándar ATSC y con éste se usa extensamente en
televisión satelital, cable, DTV y HDTV, inclusive con DVB.
1.1.5.2 CODIFICACIÓN Y COMPRESIÓN DE SEÑALES DE VIDEO DIGITAL
Los videos registrados en las tecnologías del procesamiento de señales han traído
progresos significativos en el desarrollo de tecnologías de compresión para señales
de video a diferentes velocidades de transmisión. De esta manera, los codificadores
de video que en un tiempo eran técnica o económicamente imposibles, han emergido
y han llegado a ser una herramienta práctica.
16
La información de video es provista en una serie de imágenes o “cuadros” y el efecto
del movimiento es llevado a cabo a través de cambios pequeños y continuos en los
cuadros. Debido a que la velocidad de estas imágenes es de 30 cuadros por
segundo, los cambios continuos entre cuadros darán la sensación al ojo humano de
movimiento natural. Las imágenes de video están compuestas de información en el
dominio del espacio y el tiempo. La información en el dominio del espacio es provista
en cada cuadro, y la información en el dominio del tiempo es provista por imágenes
que cambian en el tiempo (por ejemplo, las diferencias entre cuadros). Puesto que
los cambios entre cuadros inmediatos son imperceptibles, los objetos aparentan
moverse suavemente. En la Figura 1.5 se puede observar como se produce la
diferencia entre cuadros inmediatos:
Figura 1.5: Diferencia entre cuadros inmediatos [11]
1.1.5.2.1
DIGITALIZACIÓN DE SEÑALES DE VIDEO
Para las señales de video, el proceso de digitalización (muestreo y cuantización) es
similar al descrito para las señales de audio con la diferencia de que el muestreo de
17
video debe ser especificado para las señales que definen el brillo y color de cada
elemento de imagen, conocidas como luminancia, y crominancia de color diferencia
rojo y crominancia de color diferencia azul.
En los sistemas de video digital, cada cuadro es muestreado en unidades de pixeles
o elementos de imagen. El valor de luminancia de cada pixel es cuantificado con
ocho bits por pixel para el caso de imágenes blanco y negro. En el caso de imágenes
de color, cada pixel mantiene la información de color asociada; por lo tanto, los tres
elementos de la información de luminancia designados como rojo, verde y azul, son
cuantificados a ocho bits. La información de video compuesta de esta manera posee
una cantidad considerable de información; por lo que, para transmisión o
almacenamiento, se requiere de la compresión de la imagen.
1.1.5.2.1.1
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS ESTRUCTURAS DE MUESTREO PARA
SEÑALES DE VIDEO [4]
Existen especificaciones de muestreo para el sistema americano (NTSC11) y para el
sistema europeo (PAL12) para las señales de luminancia y crominancia. La señal de
luminancia se muestrea a una frecuencia de 13.5 MHz y la de crominancia a 6.75
MHz (la mitad de la anterior). Por tanto el máximo valor de frecuencia espacial de
video que puede existir será de 6.75 MHz para la señal de luminancia, valor
suficiente que encierra los 6 MHz de ancho de banda de luminancia en la norma PAL
y 4.2 MHz para la misma señal en la norma NTSC mientras que el límite superior
máximo de frecuencia espacial que puede existir en una señal de crominancia será
de 3.375 MHz, valor significativamente mayor al ancho de banda de 1.5 MHz para los
componentes de color en las normas antes mencionadas.
11
NTSC: National Television System Committee.
PAL: Phase Alternating Line.
Ambos son sistemas de codificación y transmisión de televisión analógica.
12
18
Existen varias clases de estructuras de muestreo especificadas por la notación:
Y:Cr:Cb. Donde:
•
Y: Establece la proporción de muestra de la señal de luminancia.
•
Cr: Indica la proporción de muestras tomadas por la señal de crominancia de
color de diferencia rojo.
•
Cb: Indica la proporción de muestras tomadas por la señal de crominancia de
color de diferencia azul.
Las estructuras de muestreo más utilizadas son 4:2:0, 4:2:2 y 4:4:4, las mismas que
se muestran en la siguiente figura:
Figura 1.6: Estructuras de muestreo [12]
19
A continuación se realiza una breve descripción de las mismas.
•
ESTRUCTURA DE MUESTREO 4:2:0
Esta relación es común en compresión MPEG-2 e indica un sistema sin una
componente diferencia de color. El tipo de muestreo 4:2:0 puede ser considerado de
la forma 4:2:0/4:0:2, e indica que en una línea por cada cuatro muestras de la señal
de luminancia se toman dos muestras de la componente de crominancia Cr y
ninguna de la componente de crominancia Cb, luego en la siguiente línea por cada
cuatro muestras de luminancia se toman cero muestras de la componente Cr y dos
muestras de la componente Cb. Con esto cada componente de crominancia se
muestrea a un cuarto de vez de la señal de luminancia.
•
ESTRUCTURA DE MUESTREO 4:2:2
Establece que por cada cuatro muestras de la componente de luminancia se toma
solo dos muestras de cada señal de crominancia.
•
ESTRUCTURA DE MUESTREO 4:4:4
El código 4:4:4 indica que cada una de las señales componentes de la imagen (Y, Cr,
Cb) se muestrea a una velocidad de 13.5 MHz. A partir del código 4:4:4 se puede
producir fácilmente el código 4:2:2 omitiendo una muestra entre cada dos de las
señales diferencia de color.
1.1.5.2.2
COMPRESIÓN DE VIDEO DIGITAL
[13], [14]
En multimedia, por lo general, es aceptable que la señal de video después de
codificar y decodificar sea ligeramente diferente de la original. Cuando la salida
20
decodificada no es exactamente igual a la entrada original, se dice que el sistema es
con pérdida (lossy). Si la entrada y la salida son idénticas, el sistema es sin pérdida
(lossless). Los sistemas con pérdida son importantes porque aceptar una pequeña
pérdida de información puede ofrecer ventajas enormes en términos de posible
relación de compresión.
La técnica de compresión de video consiste en tres pasos fundamentales, primero el
pre-procesamiento de la fuente de video de entrada, paso en el cual se realiza el
filtrado de la señal de entrada para remover componentes no útiles y el ruido que
pudiera haber en esta. El segundo paso es la conversión de la señal a un formato
intermedio común (CIF), y por último el paso de la compresión. Las imágenes
comprimidas son transmitidas a través de la línea de transmisión digital y se hacen
llegar al receptor donde son reconvertidas al formato común CIF y son desplegadas
después de haber pasado por la etapa de post-procesamiento.
Mediante la compresión de la imagen se elimina información redundante. Para ello
se ayuda de la redundancia espacial y temporal. La redundancia temporal es
reducida primero usando similitudes entre imágenes sucesivas, usando información
de las imágenes ya enviadas. Cuando se usa esta técnica, sólo es necesario enviar
la diferencia entre las imágenes, es decir las zonas de la imagen que han variado
entre dos fotogramas consecutivos, lo que elimina la necesidad de transmitir la
imagen completa. La compresión espacial se vale de las similitudes entre pixeles
adyacentes en zonas de la imagen lisas, y de las frecuencias espaciales dominantes
en zonas de color muy variado.
El método utilizado para eliminar las redundancias en el dominio del tiempo es el
método de codificación de intercuadros, que también incluye los métodos de
compensación/estimación del movimiento, el cual compensa el movimiento a través
de la estimación del mismo.
21
En el otro extremo, las redundancias en el dominio del espacio es llamado
codificación intracuadros, la cual puede ser dividida en codificación por predicción y
codificación de la transformada usando la transformada del coseno.
La transformada del coseno o DCT es una implementación específica de la
transformada de Fourier donde la imagen es transformada de su representación
espacial a su representación frecuencial equivalente. Cada elemento de la imagen se
representa por ciertos coeficientes de frecuencia. Las zonas con colores similares se
representan con coeficientes de baja frecuencia y las imágenes con mucho detalle
con coeficientes de alta frecuencia. La información resultante son 64 coeficientes
DCT. El DCT reordena toda la información y la prepara para la cuantización.
El proceso de cuantización es la parte del algoritmo que causa pérdidas. La
cuantización asigna un número de bits específico a cada coeficiente de frecuencias y
entonces comprime los datos asignando unos cuantos bits a los coeficientes de alta
frecuencia sin que lo note el observador. Los parámetros de la cuantización son
optimizados, pero el proceso aún deteriora la calidad del vídeo. Generalmente con un
factor de compresión de 2:1 (aproximadamente 10Mbps) se puede apreciar
visualmente algunas pérdidas en la integridad del video.
El proceso de decodificación es básicamente el inverso del proceso de codificación.
1.1.5.2.2.1
ESTÁNDARES DE COMPRESIÓN [15]
El primer grupo y más conocido es el MPEG. Este grupo de trabajo está asociado al
subcomité de la ISO/IEC (International Organization for Standarization/International
Electrotechnical Commission) y fue desarrollado para la compresión de imágenes en
movimiento. MPEG incluye parámetros como la predicción de movimiento en una
escena y la identificación de objetos.
22
En la codificación MPEG, no se aplica la misma compresión a toda la señal, para ello
se analizan tanto las partes que necesitan ser comprimidas como las que no lo
necesitan, eliminando de esta forma redundancia. Para eliminar redundancia es
necesario descomponer las imágenes en tres tipos de trama: tramas I
(intracodificadas), tramas P (predictivas) y tramas B (bidireccionales).
Dentro de los estándares correspondientes al grupo MPEG están:
•
ESTÁNDAR MPEG – 1
Primer estándar definido por MPEG, su meta fue producir salida con calidad de
videograbadora (352 x 240 para NTSC) usando una tasa de bits de 1.2 Mbps. Una
imagen de 352 x 240 con 24 bits/pixeles y 25 tramas/segundo requiere 50.7 Mbps,
por lo que para reducirla a 1.2 Mbps se necesita un factor de compresión 40.
Características de estándar MPEG-1:
− Frecuencia de muestreo: 32 KHz, 44.1 KHz y 48 KHz.
− Canales de audio: simple, dual, estéreo, y estéreo conjunto.
− Tasas de bits resultantes: 32 Kbps.
− Puede transmitir sobre líneas de par trenzado a distancias modestas.
− Es usado para almacenar películas en CD-ROM.
− La parte de video de MPEG–1 propone solamente video progresivo no
entrelazado, y puede tener una velocidad de hasta 1.5 Mbps.
− Acceso aleatorio.
− Avances y retrocesos rápidos para búsquedas.
− Reproducción en reversa.
− Sincronización audiovisual.
− Menor cantidad de errores.
23
− Bajo retardo en la codificación y decodificación.
− Facilidad de edición.
− Flexibilidad en el formato.
•
ESTÁNDAR MPEG – 2
Originalmente se diseñó para comprimir video con calidad de difusión a 4 o 6 Mbps,
a fin de que se ajustara en un canal de difusión NTSC o PAL. Posteriormente,
MPEG-2 se extendió para soportar resoluciones mayores, entre ellas video digital de
alta calidad (DVD), TV digital de alta definición (HDTV), medios de almacenamiento
interactivo (ISM), retransmisión de vídeo digital (Digital Video Broadcasting, DVB) y
televisión por cable.
MPEG-2 se convirtió en el estándar de facto13, dando solución a muchos de los
problemas que tenía MPEG -1 tales como: resolución, escalabilidad y manejo de
video entrelazado.
Características de estándar MPEG-2:
− Soporta varios niveles de resolución: bajo (352 x 240), medio (720 x 480), alto
1440 (1440 x 1152) y alto (1920 x 1080). La resolución baja es para las
VCRs14 y por compatibilidad hacia atrás con MPEG-1. La resolución media es
la normal para la difusión NTSC. Las otras dos son para HDTV.
− Se ejecuta de 4 a 8 Mbps para una salida de alta calidad.
13
Un estándar de facto es aquel patrón o norma que se caracteriza por no haber sido consensuada ni
legitimada por un organismo de estandarización al efecto. Por el contrario, se trata de una norma
generalmente aceptada y ampliamente utilizada por iniciativa propia de un gran número de
interesados.
14
VCR: acrónimo del inglés video cassette recorder o conocido también como videograbadora.
24
− Tiene opciones de selección, ofrece señales de video entrelazado o
progresivo, relaciones de aspecto 4:3 o 16:9, capacidad de aceptar diferentes
muestreos principalmente de la forma 4:2:2 y 4:2:0.
− Presenta cuantificación mejorada, mejoras en acceso aleatorio y varios
programas multiplexados.
− La relación de cuadros por segundo está bloqueado a 25 (PAL)/30 (NTSC) al
igual que en MPEG-1.
•
ESTÁNDAR MPEG – 4
Desarrollado para aplicaciones audiovisuales que requieren interacción por lo que
este
estándar
es
conocido
formalmente
como
“Codificación
de
Objetos
Audiovisuales”, el cual está destinada a definir una norma para la codificación
audiovisual que satisfaga las nuevas necesidades de comunicación, interacción,
servicios de emisión u otros servicios resultantes de la convergencia de distintas
tecnologías que normalmente se encontraban separadas; como son los casos de la
comunicación, computación y entretenimiento.
Características de estándar MPEG-4:
− Utiliza un lenguaje conocido como BIFS (Binary Format For Scenes), que
permite añadir y borrar objetos, cambiar sus propiedades visuales o acústicas.
Este lenguaje se relaciona directamente con el VRML (Virtual Reality
Modelling Language) muy utilizado para describir objetos de tres dimensiones
en Internet y su interacción con los usuarios, incluyendo algoritmos y
herramientas para velocidades de 5 y 64 Kbps.
− Acepta métodos de barrido progresivo y entrelazado, resoluciones espaciales
de luminancia y crominancia 4:0:0, 4:2:0, 4:2:2.
25
− Presenta las siguientes tasas de bits baja (64 Kbps), intermedia (64 – 384
Kbps) y alta (384 Kbps – 4 Mbps).
− Codifica objetos dentro de una figura arbitraria que forme parte de una escena;
en lugar de codificar todo el cuadro completo como se hacía en MPEG – 2 y
MPEG – 1.
− Presenta video de alta calidad, música y voz con un buen ancho de banda,
objetos en 3D genéricos y específicos; bajos niveles de error para altas
transmisiones de datos comprimidos sobre canales ruidosos.
Otro tipo de estándares no asociados al grupo MPEG son los siguientes:
•
ESTÁNDAR WMV (WINDOWS MEDIA VIDEO) [16]
Windows Media Video es un nombre genérico que se da al conjunto de algoritmos de
compresión ubicados en el set propietario de tecnologías de video desarrolladas por
Microsoft para almacenar contenidos de video en un formato comprimido para que
las películas y otros programas de video se puedan ver en un ordenador personal. El
contenido de streaming de video a través de Internet fue popularizado por RealVideo
y WMV era la versión de Microsoft de la misma tecnología.
El formato WMV incorpora un códec que se utiliza inicialmente para comprimir el
archivo durante la creación y descomprimir sobre la marcha, mientras se está
reproduciendo en un ordenador. Los códecs de video han sido desarrollados por
diversas empresas y WMV es un estándar propietario elaborado por Microsoft, que
fue aprobado por la Society of Motion Picture and Television Engineers (SMPTE) en
el 2006. Esto ha popularizado el uso de la norma de WMV como un medio de
grabación de contenido de video en HD DVD como Blu-ray15.
15
Blu-ray: es un formato de disco óptico de nueva generación de 12 cm de diámetro (igual que el CD y
el DVD) diseñado por Sony para el video de alta definición y almacenamiento de datos de alta
densidad.
26
Los archivos WMV se pueden reproducir en todas las últimas versiones de Windows.
Windows Movie Maker que es parte de Windows XP, permite a los usuarios crear,
editar y almacenar sus contenidos de video en formato WMV. También los archivos
WMV se pueden reproducir en el Mac OS X a través de Windows Media Player para
Mac.
•
ESTÁNDAR H.261 [17], [18], [19]
H.261 es la codificación de video estándar de la UIT16. Fue diseñado para
velocidades de datos múltiplos de 64 Kbps. El estándar H.261 transporta contenidos
de video utilizando el protocolo RTP (Real Time Transport Protocol), con cualquiera
de los protocolos subyacentes de RTP.
La velocidad de datos del algoritmo de codificación fue diseñada con el propósito de
ser fijada entre 40 Kbps y 2 Mbps.
Mediante la combinación de las técnicas de la codificación predictiva, la transformada
discreta del coseno (DCT), compensación de movimiento y la codificación de longitud
variable, el estándar hace posible el transmitir imágenes de TV de calidad aceptable
con bajos requerimientos de ancho de banda, anchos de banda que se han reducido
lo bastante para lograr comunicaciones de bajo costo sobre redes digitales
conmutadas.
El estándar H.261 está basado en la estructura básica de 64 Kbps de ISDN17. Esta
da nombre al título de la recomendación H.261 "Video Códec para servicios
audiovisuales a PX64 Kbps".
Adicionalmente, esta recomendación permite solucionar el problema en relación a los
distintos formatos existentes para televisión (NTSC en América y PAL en Europa), ya
que se establecen dos nuevos formatos para el monitoreo de imágenes que son
16
17
UIT: Unión Internacional de Telecomunicaciones
ISDN: Integrated Services Digital Network.
27
aplicables a sistemas de videoconferencia y gráficos de alta resolución, los cuales se
indican a continuación: Formato intermedio común (CIF), el cual especifica una
resolución de 288 líneas de 352 pixeles, cada una, a una velocidad de 30 imágenes
por segundo (opcional en la recomendación) y un cuarto del formato intermedio
común (QCIF), el cual especifica una resolución de 144 líneas de 176 pixeles, cada
una a una velocidad de 30 imágenes por segundo.
•
ESTÁNDAR H.264 [20]
El estándar H.264 cuenta con los mismos elementos o bloques funcionales que sus
antecesores, ya que también adopta un algoritmo híbrido de predicción y
transformación para la reducción de redundancia. Sin embargo, lo que hace que este
estándar proporcione mayor eficiencia de codificación, es la manera en que opera
cada bloque funcional. H.264 incluye predicción intracuadro (INTRA), característica
única de este estándar; transformación por bloques de 4x4 muestras, anteriormente,
se incluía transformación de 8x8 muestras, referencia múltiple para predicción
temporal, tamaño variable de los macrobloques a comprimir, precisión de un cuarto
de píxel para la compensación de movimiento y filtro de desbloqueo. Todas estas
mejoras
vienen acompañadas
de un
aumento
en la complejidad de la
implementación.
La última versión del H.264, define cuatro perfiles altos o superiores para
aplicaciones de distribución de contenido, así como para edición y post
procesamiento (Alto, Alto 10, Alto 4:2:2 y Alto 4:4:4).
•
El perfil alto, se desarrolló para procesar video de 8 bits con formato de
muestreo 4:2:0 y para aplicaciones que utilizan alta resolución.
28
•
El perfil alto 10, se desarrolló para procesar video de hasta 10 bits con formato
de muestreo 4:2:0 y para aplicaciones que utilizan alta resolución y mayor
exactitud.
•
El perfil alto 4:2:2, soporta el formato de muestreo 4:2:2 y hasta 10 bits por
muestra de exactitud.
•
El perfil 4:4:4 soporta el formato de muestreo 4:4:4 y hasta 12 bits por muestra
de exactitud.
1.2 BREVE DESCRIPCIÓN DE LA RED HFC DEL GRUPO TVCABLE
UTILIZADA PARA PROVEER EL SERVICIO DE TELEVISIÓN
DIGITAL
1.2.1 INTRODUCCIÓN [21]
Las redes HFC (Hybrid Fibre Coaxial) son redes de acceso cableadas, basadas
como su nombre lo dice en sistemas híbridos que combinan fibra óptica y cable
coaxial. El primero es usado para el transporte de los contenidos y el coaxial para el
cableado de la acometida hasta los usuarios.
Estas redes se originaron cuando las redes de CATV18 estaban en desarrollo. Así,
las redes HFC se empleaban para la transmisión de señales de TV analógica,
usando como soporte de transmisión el cable coaxial permitiendo poder tener varios
canales de televisión de manera simultánea y a mejor calidad que la transmisión
terrestre de TV, debido al ancho de banda del coaxial.
Las redes CATV clásicas poseen una topología tipo árbol, en donde a partir de un
nodo de cabecera, se recopilan todos los canales (el origen de estos pueden ser vía
18
CATV (Community Antenna Television): Televisión por cable.
29
satélite, televisión analógica, televisión digital terrestre, transmisiones terrenales de
microondas y redes de distribución de fibra óptica) a transmitir a través de la red.
Desde la cabecera surge la troncal de la red encargada del transporte de los
contenidos hacia la red de distribución de cada zona. La red de distribución se
encarga del transporte de los contenidos enviados desde la cabecera hasta los
puntos de distribución o acometida donde se conectan los abonados de la red.
1.2.2 DESCRIPCIÓN BÁSICA DE LA RED HFC DEL GRUPO TVCABLE [22], [23]
La red de acceso HFC del Grupo TVCable inició su construcción en el año 1986. En
un principio se la concibió para brindar servicio de TV pagada (Señales de Audio y
Video), con programación Nacional e Internacional, mediante enlaces Satelitales
(canales internacionales), Microondas (canales locales o nacionales) y Fibra Óptica
(enlaces temporales para cobertura de eventos deportivos, etc.); sin embargo hoy en
día se la utiliza también para brindar servicio de Internet y Telefonía, con cobertura
en las principales ciudades del país, todo esto gracias a la utilización de la
infraestructura de red existente.
1.2.2.1 ARQUITECTURA DE LA RED HFC [24]
En la Figura 1.7 se puede observar un esquema general de la arquitectura de la red
HFC del Grupo TVCable con sus respectivos componentes.
Resulta oportuno indicar que en la implementación de la red HFC se utilizó nodos
ópticos unidireccionales siendo estos reemplazados, desde el año 1995, por nodos
bidireccionales con la finalidad de prestar más y mejores servicios, entre los que se
incluye el Pay Per View para el servicio de televisión por cable y el cable módem
para el servicio de Internet.
30
Figura 1.7: Arquitectura general de la red HFC [22]
A continuación se describen los componentes de la arquitectura de la red HFC:
1.2.2.1.1
Fibra Óptica
Es el medio de transmisión utilizado para el transporte de la información debido a sus
grandes características, ya que permiten obtener mayores distancias con un gran
ancho de banda en comparación al cobre.
Esto se traduce en una menor atenuación y menos pérdidas que las señales
eléctricas, debido a que se utilizan ondas de luz en lugar de señales eléctricas.
Cabe recalcar que en la arquitectura de la red HFC del Grupo TVCable se emplea
únicamente fibra óptica monomodo19 que opera en la ventana de transmisión situada
en 1200 - 1310 nm para la interconexión entre nodos ya que este tipo de fibra
permite alcanzar distancias de hasta 10 Km.
19
Fibra Óptica Monomodo: Transmite un solo haz de luz. Es más fina. Menos pérdida (atenuación). La
señal llega a mayores distancias. Mayor capacidad y velocidad de TX.
31
1.2.2.1.2
Cable Coaxial
Es un medio de transmisión de señales de RF20, compuesto de una envoltura
plástica, una malla conductora, un material aislante y conductor central. Es apto para
la transmisión de señales analógicas, sobre todo en aplicaciones de TV por cable.
1.2.2.1.3
Nodo Óptico
Es el elemento que transforma la señal óptica (fibra) en señal de radio frecuencia,
para que pueda transmitirse por el cable coaxial.
1.2.2.1.4
Amplificadores de Radio Frecuencia
Elementos que recuperan el nivel de la señal a medida que ésta recorre largas
distancias, es decir aumentan el nivel de señal de los sistemas de comunicaciones
de radio o televisión. Operan generalmente en un rango de frecuencias
comprendidas entre los 100 KHz hasta 1 GHz. Estos dispositivos se usan en la red
de acometida, que es la parte de la red que está formada por cable coaxial y que
necesita amplificar la señal para compensar la atenuación del cable.
1.2.2.1.5
Tap
Elemento encargado de distribuir la señal proveniente de la red a 2, 4 u 8 clientes y
que, al ser un elemento pasivo, no requiere energía eléctrica de forma directa para
su funcionamiento.
20
Radiofrecuencia: se conoce así a la porción menos energética del espectro electromagnético,
situada entre unos 3 Hz y unos 300 GHz. Las ondas electromagnéticas de esta región del espectro se
pueden transmitir aplicando la corriente alterna originada en un generador a una antena
32
1.2.2.1.6
Decodificador
Es el equipo encargado de decodificar la señal de TV, para que pueda ser visible en
los televisores de todos los clientes del servicio de televisión pagada.
1.2.2.1.7
Cable Módem
Es el equipo de usuario final, que le permite poder acceder a Internet a altas
velocidades a través de la red CATV.
Para lograr los servicios de televisión por cable y cable módem para Internet, se
realiza una segmentación el ancho de banda considerable que provee la red HFC, el
mismo que se encuentra distribuido como indica la Tabla 1.3.
SERVICIO
Video
FRECUENCIA
55,25 – 575
MHz
ANCHO DE
TRANSMISIÓN
MODULACIÓN
6 MHz/canal
Broadcast
VBS21
BANDA
Cable Módem
597 MHz
6 MHz
Upstream
QPSK22
Cable Módem
31 MHz
6 MHz
Downstream
256QAM23
PPV
8,9 MHz
6 MHz
Upstream
PPV
106,5 MHz
6 MHz
Downstream
Tabla 1.3: Distribución del Espectro en la red HFC [22]
21
VBS: Vestigial Side Band, modulación lineal que consiste en filtrar parcialmente una de las dos
bandas laterales resultantes de una modulación en doble banda lateral o de una modulación AM.
22
QPSK: Quadrature Phase Shift Keying. esquema de modulación lineal digital donde la información
transportada por la señal transmitida está contenida en la fase. La fase de la portadora toma uno de
cuatro valores igualmente espaciados.
23
256QAM: (Quadrature Amplitude Modulation), modulación digital de 8 bits por símbolo para trasmitir
información a través del canal de comunicaciones, donde la información se introduce en la amplitud y
fase de la portadora.
33
En la transmisión, se puede alcanzar velocidades desde 27 Mbps hasta 38 Mbps en
el downstream y desde 320 Kbps hasta 10 Mbps en el upstream con una eficiencia
espectral24 de 4.5 bps/Hz y 1.6 bps/Hz respectivamente.
1.2.2.2 CANALES DE TRANSMISIÓN
En la red HFC se emplean dos tipos de canales para la transmisión: canal upstream
o canal de retorno y, canal dowstream. Cada uno de estos canales ocupa un rango
de frecuencias, el mismo que se muestra en la Figura 1.8:
Figura 1.8: Distribución del espectro para redes HFC [25]
1.2.2.2.1
Canal de upstream o canal de retorno
El canal upstream es aquel que ocupa el espectro comprendido entre 5 y 55 MHz.
Este ancho de banda lo comparten todos los hogares servidos por un nodo óptico.
Los retornos de distintos nodos llegan a la cabecera por distintas vías o
24
Eficiencia espectral: hace referencia a la relación entre el tráfico evacuado y el ancho de banda
consumido.
34
multiplexados (usando FDM25) a distintas frecuencias. Una señal generada por el
equipo terminal de un abonado recorre la red de distribución en sentido ascendente,
pasando por amplificadores bidireccionales, hasta llegar al nodo óptico. Allí
convergen las señales de retorno de todos los abonados, que se convierten en
señales ópticas en el láser de retorno, el cual las transmite hacia el HeadEnd.
1.2.2.2.2
Canal de dowstream
Los canales downstream se ubican en el mismo rango de frecuencia que los canales
de video, en la porción de espectro entre 86 y 862 MHz (en una banda que no esté
ocupada por otra señal). Se establece cierta canalización para el canal descendente:
1.2.3 ELEMENTOS DE LA RED HFC [22]
La red HFC del Grupo TVCable está compuesta básicamente de 4 elementos:
• HeadEnd o Cabecera
• Red Troncal o red de Transporte
• Red de Distribución
• Red de Acceso y usuario Final
En la figura 1.9 se muestra la red HFC con sus respectivos elementos:
25
FDM: multiplexación por división de frecuencia, permite compartir la banda de frecuencia disponible
en el canal de alta velocidad, al dividirla en una serie de canales de banda más angostos, de manera
que se puedan enviar continuamente señales provenientes de diferentes canales de baja velocidad
sobre el canal de alta velocidad. Este proceso se utiliza, en especial, en líneas telefónicas y en
conexiones físicas de pares trenzados para incrementar la velocidad de los datos.
35
Figura 1.9: Red HFC con sus respectivos elementos [22]
1.2.3.1 HEADEND O CABECERA
Es el área donde se concentra la mayor parte de equipos de red y además es donde
se procesan todas las señales de televisión, Internet y telefonía es por ello que se le
conoce también como nodo principal.
En esta área se origina la señal que posteriormente reciben los clientes y es aquí
donde se ejecutan las acciones como: recolección de datos, procesamiento,
codificación, multiplexación, encripción y transmisión. Para propósitos del presente
proyecto, se analizará la estructura de la red HFC en cuanto se refiere a la entrega
del servicio de televisión digital.
En la Figura 1.10 se observa la estructura básica de la cabecera o HeadEnd:
36
Figura 1.10: Estructura básica del HeadEnd [22]
37
1.2.3.1.1
RECOLECCIÓN DE SEÑALES
La primera acción del HeadEnd es recolectar las señales digitales de audio y video
las mismas que se reciben en radiofrecuencia de los siguientes medios:
1.2.3.1.1.1
Microondas
Empleado para la recepción de canales nacionales. Se basa en la utilización de
estaciones transmisoras, con antenas de alta directividad26 siendo necesaria la
existencia de LINEA DE VISTA entre las antenas como se indica en la Figura 1.11:
Figura 1.11: Línea de vista entre antenas [22]
1.2.3.1.1.2
Fibra Óptica
Es empleada para la recepción de canales locales, desde las estaciones
transmisoras provenientes del “Cerro Pichincha”.
1.2.3.1.1.3
Satelital
Es empleado para la recepción de canales Internacionales. Consiste en un enlace
entre un satélite geoestacionario27 y estaciones terrenas de transmisión y recepción
como se indica en la Figura 1.12.
26
Alta directividad: buena capacidad de la antena para conducir la potencia radiada hacia un
determinado emplazamiento.
38
El satélite actúa como estación repetidora y está posicionado en una órbita circular
Ecuatorial.
Figura 1.12: Enlace satelital para recepción de canales internacionales [22]
La estación terrena, consiste de antenas parabólicas. Cada antena apunta al satélite
geoestacionario. La orientación de la antena está determinada en función de dos
ángulos: Elevación y Azimuth. El primero es el ángulo entre el plano terrestre y la
dirección a la que apunta la antena; y el segundo es el ángulo entre el eje Norte y la
dirección a la que apunta la antena. (Figura 1.13).
Figura 1.13: Ángulos que determinan la orientación de las antenas parabólicas [4]
27
Satélite Geoestacionario: es aquel que se mantiene siempre en la misma posición con respecto a
Tierra.
39
La señal de video es recibida desde las antenas para luego pasar a los receptores
satelitales. Sin embargo, dado que las frecuencias de transmisión del enlace
descendente del satélite (downlink) son imposibles de distribuir por los cables
coaxiales, se coloca un dispositivo (LNB28), situado en el foco de la antena
parabólica, que convierta la señal de microondas (Banda KU29), en una señal de
menor frecuencia (frecuencia intermedia), para que sea posible su distribución a
través del cableado coaxial. En la Figura 1.14 se puede apreciar la ubicación de este
dispositivo.
Figura 1.14: Ubicación del LNB [26]
El enlace descendente del satélite tiene pérdidas muy elevadas mayores de 200 dB y
aunque las modulaciones elegidas para este servicio necesitan una relación
señal/ruido muy baja, los niveles de señal recibidos por las antenas con dimensiones
de consumo necesitan de dispositivos con muestras de ruido muy bajas, de ahí LNB.
Las señales provenientes del satélite son recibidas por los receptores satelitales, los
cuales a su vez, entregan la señal en banda base (Audio + Video) a los
codificadores.
28
LNB: Low Noise Block down-converter
Banda KU: Banda de satélite. La banda KU tiene dos rangos de frecuencia, el inferior para el tráfico
descendente o de bajada (proveniente del satélite) de 11 GHz y el superior para el tráfico ascendente
o de subida (hacia el satélite) de 14 GHz.
29
40
Para canales digitales, el HeadEnd UIO dispone de dos tipos de receptores
satelitales, unos correspondientes al fabricante Motorola entre los cuales se tiene los
receptores DSR 4400 y DSR 4400MD y otros correspondientes al fabricante S.A
entre los cuales están los receptores POWER VU 9223/9225/9834, POWER VU
D9228 y MRD D9228.
Existen dos canales que se reciben mediante IP para lo cual se dispone del equipo
VX8000 el mismo que recibe la señal de IP, extrae los canales deseados, y los
entrega en forma de Transport Stream ASI30 (secuencia de datos digital) al
multiplexor.
1.2.3.1.2
PROCESAMIENTO
Esta etapa, la señal de RF, que contiene audio y video, proveniente de los receptores
satelitales, se transmite a los equipos de comercialización y es en el área de
Producción donde se introduce publicidad o anuncios comerciales a dichas señales
mediante un Generador de Caracteres (equipo conocido como DUET).
1.2.3.1.3
CODIFICACIÓN
La señal de audio y video se codifica para que únicamente los receptores de clientes
autorizados reciban la señal. Se utiliza el sistema MVP II (Multi-View Profile II31) el
mismo que convierte la señal RF a IF (45.75 MHz). Este sistema se desarrolla en
base a dos procesos: el primero es la codificación de audio en frecuencia, mientras
que el segundo proceso permite la ejecución tanto de la inversión de video32 como la
30
ASI: Asynchronous Serial Interface, o ASI, es el formato de transmisión de datos que a menudo
lleva a un flujo MPEG. En general, la señal ASI es el producto final de la compresión de vídeo, ya sea
MPEG2 o MPEG4, listo para su transmisión a un transmisor o un sistema de microondas u otro
dispositivo.
31
MVP II: procesador de Video diseñado para codificar la señal de video y audio, además de
proporcionar audio privado para un determinado canal del sistema de televisión por cable.
32
Inversión de video: se basa en la inversión de polaridad de los sincronismos y la propia señal activa
de video, ésta, confunde literalmente al televisor, apareciendo en lugar de una imagen clara y estable,
una especie de negativo visual.
41
supresión de sincronismo33, para que la TV no muestre el contenido de la
información.
Posteriormente, el decodificador restituye los valores originales para el usuario final
autorizado.
En este proceso se convierte una señal analógica de video y audio en un flujo de
datos digital en base al protocolo MPEG-2, norma de audio digital DOLBY AC3. Ésta
señal se alimenta al multiplexor.
Los equipos utilizados para cumplir este proceso son: EGT, HEMI.
1.2.3.1.4
MULTIPLEXACIÓN
Es el proceso en que se combina los diferentes flujos de datos procedentes de los
encoders o de los receptores digitales, a fin de optimizar el uso de la banda de salida
y seleccionar los servicios de los MPTS (Multilple Program Transport Stream34) a los
que se tiene acceso. Es decir, las señales recolectadas son multiplexadas en
frecuencia para la entrada en el sistema de distribución a través de los
amplificadores de distribución.
El equipo encargado de la multiplexación es el TMX 2010 del fabricante Motorola.
1.2.3.1.5
ENCRIPCIÓN (SCRAMBLING) Y MODULACIÓN
El proceso de encripción consiste en añadir claves al flujo de datos (MPTS) de TV
Digital, a fin de que solo terminales autorizados puedan recibir los servicios a los que
se hayan suscrito.
33
Supresión de sincronismo: la imagen se presenta inestable y el color desaparece de forma aleatoria.
A veces la imagen se transforma en un gran negativo y es difícil distinguir que hay detrás.
34
MPTS: un conjunto de flujos elementales se combina sucesivamente en un flujo de transporte de
programas múltiple (MPTS Múltiple Program Transport Stream) si los flujos elementales están
asociados a distintos programas. Un número de flujos de transporte son transmitidos a través de Ia
red del operador, necesitando por tanto una gran cantidad de ancho de banda.
42
Por otro lado el proceso de modulación es aquel en el que la señal digital se codifica
en una portadora RF, a fin de transmitirse en la red de fibra óptica y coaxial. La señal
de frecuencia intermedia (IF), se modula para asignarle una frecuencia a cada canal
(2 - 78), según el estándar que utilice cada equipo. La señal IF se amplía a RF
(Radiofrecuencia) en la banda de 50 - 750 MHz. Para el audio se utiliza modulación
FM35, mientras que para el video se usa AM36. Para la modulación se usa el
esquema 64QAM o 256 QAM.
El equipo que efectúa esta tarea es el SEM V8 del fabricante Motorola.
1.2.3.1.6
AUDIO DIGITAL
Los canales de audio digital se reciben vía satélite directamente de los proveedores.
Se los recibe en tramas de datos MPEG-2 en multiplexación estadística con servicios
de video. Estos canales de audio digital, que vienen comprimidos en formato DOLBY
AC3, se enrutan para ser multiplexados (multiplexación fija) con otros servicios, para
luego ser modulados en 64-QAM y transmitidos. Hasta 16 canales de audio se están
transmitiendo en un canal de 6 Mhz compartiendo esa banda con canales de video.
Los equipos involucrados en procesar el audio son: receptor DSR-4400MD, SEM V8
y DAC 6000, equipos pertenecientes al fabricante Motorola.
1.2.3.1.7
CONTROL
Dado que el acceso a los servicios digitales es condicional, se requiere mantener una
base de datos de cada terminal y los servicios a los que estos están autorizados.
Esta base de datos es actualizada en línea con el sistema de clientes y facturación
por lo que la operación de los mismos es en tiempo real. La información de control es
modulada en una portadora fuera de banda.
35
FM: Frecuencia Modulada: modulación angular que transmite información a través de una onda
portadora variando su frecuencia.
36
AM: Amplitud Modulada: modulación no lineal que consiste en hacer variar la amplitud de la onda
portadora de forma que esta cambie de acuerdo con las variaciones de nivel de la señal moduladora,
que es la información que se va a transmitir.
43
Los equipos involucrados en el control, todos ellos del fabricante Motorola, son: DAC
6000, RADD 6000, RPD 2000, OM 1000 y KLS 1000. (Este proceso se describe
detalladamente en el capítulo 3).
1.2.3.1.8
TRANSMISIÓN
La señal RF, se combina en paquetes de 16 canales, y finalmente
en un solo
paquete. Esta señal, se amplifica y se transforma en luz en los transmisores ópticos,
para distribuirse por la red primaria, constituida por fibra óptica.
1.2.3.1.9
CANAL DE RETORNO
Con el fin de permitir interactividad con el cliente (Compra de eventos) se ha
implementado la funcionalidad de que los terminales de suscriptor (STB –Set Top
Box) puedan transmitir información hacia la cabecera, para esto se ha configurado el
uso de la frecuencia de 8.0960 MHz, en donde una portadora de 130 KHz de ancho
de banda se levanta y modula en PSK por requerimiento. Esto implica que no está
presente cuando no se usa.
El Headend es quien procesa todas las señales de retorno del sistema de
distribución.
Los equipos del fabricante Motorola que procesan este canal de retorno son
RPD2000 y DAC6000.
1.2.3.1.10 TERMINALES
Son los equipos que tienen la función de decodificar la señal digital de los servicios
para los que están autorizados, y entregar a los receptores analógicos de TV sea en
banda base (audio + video) o modulado con norma NTSC.
Los equipos utilizados son: DCT-1000, DCT-2000, DCT-3080 y DCT-700.
44
1.2.3.2 RED TRONCAL O RED DE TRANSPORTE [22]
Como Red Troncal se considera a aquella que conecta los nodos y de la cual se
derivan hilos para atender a los diferentes sectores. Se utiliza cable de fibra 24 hilos
para toda la red troncal. Cabe indicar que este tipo de cable de fibra se encuentra ya
instalado como parte de la red del Grupo TVCable.
La infraestructura de la red de transporte del Grupo TVCable se basa en dos
tecnologías diferentes de Backbone, estas son el Backbone SDH y el Backbone
MPLS. Hoy en día la empresa trabaja simultáneamente con ambas tecnologías,
éstas se transmiten sobre un mismo medio físico (fibra óptica), logrando así,
optimizar y aprovechar recursos. De esta manera, proporcionan una mayor
satisfacción a sus clientes por el servicio contratado.
Debido a que para el presente proyecto se utiliza como red de transporte la red
MPLS, se enfatizará en la descripción de la misma.
1.2.3.2.1
BACKBONE MPLS
MPLS (Multiprocol Label Switching) es un mecanismo de transporte de datos
estándar creado por la IETF37. Se describe en el RFC 3031. Opera entre la capa de
enlace de datos y la capa red del modelo OSI. Fue diseñado para unificar el servicio
de transporte de datos para redes basadas en circuitos y paquetes.
MPLS se caracteriza por ofrecer niveles de rendimiento diferenciado, priorización de
tráfico, mayor velocidad de transmisión, facilita la gestión de recursos en la red y
sobre todo es una tecnología que permite ofrecer calidad de servicio QoS
independientemente de la red sobre la cual se implemente. MPLS es una
37
IETF: Internet Engineering Task Force - Grupo de Tareas de Ingeniería de Internet. Organización de
técnicos que administran tareas de ingeniería de telecomunicaciones, principalmente de Internet
(ejemplo: mejora de protocolos o darlos de baja, etc.)
45
arquitectura que provee una eficiente designación, enrutamiento, envío
y
conmutación de flujos de tráfico a través de la red.
Ventajas de la red MPLS:
• Especifica mecanismos (DiffServ)38 para administrar flujos de tráfico de
diferentes tipos y requerimientos (aplica Calidad de Servicio (QoS) y Clases
de Servicio (CoS)).es decir, aplica Ingeniería de Tráfico.
• Provee un medio para traducir las direcciones IP en etiquetas simples de
longitud fija utilizadas en diferentes tecnologías de envío y conmutación de
paquetes.
• Ofrece interfaces para diferentes protocolos como RSVP39 (para gestionar los
LSP40 sobre MPLS con ingeniería de tráfico con reservas de ancho de banda y
de manera opcional con rutas definidas por el operador) y OSPF41 (para
enrutar tráfico IP dentro de una sola red central/de acceso).
• Soporte de protocolos de IP, ATM y Frame Relay.
•
Permite VPN (IP) capa 3: basadas en BGP42 para distribuir rutas de clientes a
través de la red del operador entre los puntos extremos del servicio y MPLS
para implementar conectividad de capa 3 entre los sitios del cliente a través de
la red del operador; así como también VPN capa 2: basadas en pseudowires
para implementar conectividad de capa 2 punto a punto (TDM, ATM y
Ethernet) entre sitios del cliente a través de la red del operador.
La implementación de la red MPLS en el Grupo TVCable se dio en el año 2006 de
manera paralela a la red SDH, logrando así satisfacer los requerimientos de sus
clientes, debido a que se aprovechó de mejor manera los recursos de fibra que ya
38
DiffServ: Servicios Diferenciados
RSVP: Resource Reservation Protocol.
40
LSP: Label Switched Path. Trayecto conmutado de etiqueta.
41
OSPF: Open Shortest Path First.
42
BGP: Border Gateway Protocol.
39
46
tenía instalados así como también se optimizó el uso de equipos WDM43 que
permiten transmitir múltiples secuencias de información al mismo tiempo utilizando
diferentes longitudes de onda a través del mismo hilo de fibra óptica. Maneja
redundancia por lo que en todo momento hay un enlace de backup. En el backbone,
que opera a una velocidad de 1 Gbps, se utiliza equipos Tellabs de la serie 8600
como se muestra en la Figura 1.15.
1.2.3.2.1.1
ELEMENTOS DEL SISTEMA TELLABS 8600
Los productos Tellabs 8600 están diseñados para proporcionar transporte móvil
2G/3G gestionado, Ethernet, agrupación del servicio de banda ancha y servicios IPVPN. De manera específica, esta familia de productos permite ampliar los servicios
basados en MPLS hacia las redes de acceso desde la red central.
1.2.3.2.1.1.1 Tellabs 8660 Edge Switch
Tellabs 8660 Edge Switch, es un switch de capa 3 modular, escalable posicionado en
sitios de RNC44 y de grandes concentradores en redes móviles. Al ser un switch capa
3, en redes fijas puede actuar como un enrutador en el entono de una red central
MPLS o como un agrupador de acceso en una red de acceso basada en MPLS.
En un medio IP, este equipo se puede utilizar como un enrutador IP en una red
central MPLS o como un enrutador IP de propósito general en lugares en que se
requiere escalabilidad y redundancias óptimas.
El rack de Tellabs 8660 Edge Switch tiene 14 ranuras de las cuales las
correspondientes a la ranura 1 y 14 están reservadas para dos tarjetas de
alimentación/control redundantes. Las 12 ranuras restantes están disponibles para
tarjetas de línea. Cada tarjeta de línea se puede equipar con dos módulos de interfaz
separados.
43
44
WDM: Wavelength Division Multiplexing, multiplexación por división de longitud de onda.
RNC: Controlador de red radial.
47
Figura 1.15: Diagrama MPLS del Grupo TVCable – Quito [22]
48
En este tipo de equipos se incluyen los nodos principales de la red MPLS del Grupo
TVCable: HeadEnd, Colón, y Veterinarios.
1.2.3.2.1.1.2 Tellabs 8630 Access Switch
Tellabs 8630 Access Switch, es un switch modular compacto de capa 3, posicionado
en sitios de concentradores en redes móviles. Tellabs 8630 Access Switch tiene 6
ranuras de las cuales dos están reservadas para tarjetas de alimentación/control
redundantes. Las 4 ranuras restantes están disponibles para tarjetas de línea. Cada
tarjeta de línea se puede equipar con dos módulos de interfaz separados.
Este tipo de equipos son usados en nodos secundarios, y los correspondientes a la
red MPLS del grupo TVCable son: Robles, Recreo, Inca, Megamaxi, Cumbayá, Plaza
Norte, y San Rafael.
1.2.3.2.1.2
TECNOLOGÍA MPLS
MPLS tiene la capacidad de soportar cualquier tipo de tráfico en una red IP sin tener
que supeditar el diseño de la red a las limitaciones de los diferentes protocolos de
ruteo, capas de transporte y esquemas de direcciones.
1.2.3.2.1.2.1 Componentes MPLS
La arquitectura MPLS diferencia dos tipos de routers:
• LER: Label Edge Router
-
Routers situados en la periferia o frontera de la red MPLS, a los que se
pueden conectar diversas redes (Ethernet, Frame Relay, ATM).
49
-
Envía el tráfico entrante a la red MPLS utilizando un protocolo de
señalización de etiquetas y distribuye el tráfico saliente entre las distintas
redes.
-
Se encarga de asignar y retirar las etiquetas a la entrada o salida de la red
MPLS:
o Ingress LERs: clasifican los paquetes IP y añaden la etiqueta
apropiada a los paquetes entrantes.
o Egress LERs: quitan la etiqueta y envían el paquete hacia su
destino.
-
Su conmutación se basa en FECs45 (Forwarding Equivalence Classes).
• LSR: Label Switching Router
-
Son equipos de conmutación (routers IP, switches ATM) habilitados para
MPLS.
-
Es un router de gran velocidad que trabaja en el núcleo de la red.
-
Usan un protocolo de distribución de etiquetas (no necesariamente el
mismo en todos los LSRs) y su función es encaminar paquetes en base a
la etiqueta de dicho paquete.
-
Cuando los paquetes llegan a los LSRs, éstos intercambian las etiquetas
existentes por otras y envía el paquete al siguiente LSR, y así
sucesivamente (distribución de etiquetas).
• LSP: Label Switching Path
-
Es un camino específico unidireccional a través de una red MPLS.
Corresponde a la conexión end-to-end en la red MPLS entre LERs.
45
FEC: Forwarding Equivalence Classes. Clase equivalente de envío. Es la representación de un
grupo de paquetes que comparten los mismos atributos para su transporte: el mismo destino, la
misma VPN, etc; y/o requieren el mismo servicio.
50
-
En MPLS la transmisión ocurre en caminos de etiquetas conmutadas, que
son secuencias de etiquetas en cada nodo del camino, desde el emisor al
receptor.
-
Al recibir un paquete el LER verifica qué FEC le pertenece y lo encamina
por el LSP correspondiente.
En la figura 1.16 se puede la estructura de la red MPLS de TVCable con sus
respectivos componentes:
Figura 1.16 Red MPLS de TVCable UIO [22]
51
1.2.3.3 RED DE DISTRIBUCIÓN [22]
La Red de Distribución se conecta a la red troncal mediante amplificadores puente46,
esta red pasa por la parte delantera de las casas, generalmente a un costado de los
cables de luz. Su propósito es llevar las señales hasta las instalaciones del
suscriptor.
Desde el amplificador puente, la red de distribución entrega la señal a una serie de
"taps" a los que se conectan las acometidas; si el nivel de la señal llegara a decrecer,
se coloca un extensor de línea (también conocido como amplificador de
distribución47) para incrementar el nivel de la señal de forma que llegue
adecuadamente al siguiente "tap".
1.2.3.4 RED DE ACCESO Y USUARIO FINAL [22]
La red de acceso es la parte de la red del operador más cercana al usuario final, por
lo que se caracteriza por la abundancia de protocolos y servicios.
En ella se requieren básicamente 2 fibras ópticas para la comunicación Full-Duplex,
una fibra óptica del Headend al nodo para la transmisión del Broadcast en la ruta de
forward de video y/o datos y una fibra óptica del nodo al Headend para la transmisión
de la ruta de retorno de datos.
La red de acceso cuenta con cable coaxial utilizado para llevar la señal desde el
cable de distribución hasta la casa del usuario. Las acometidas requieren de una
conexión al sistema de tierra de la construcción y de un cable flexible entre la entrada
y el receptor (televisión); si hay múltiples receptores en una instalación se utiliza un
divisor de señales.
46
Amplificador Puente: amplificador cuya estructura está formada por dos etapas de potencia iguales
excitadas por señales en oposición de fase, con la carga conectada entre las dos salidas.
47
Amplificador de distribución: recibe una señal de entrada de video y reproduce la misma señal de
amplitud a varias salidas.
52
Finalmente, el equipo terminal conocido también como caja decodificadora,
acondiciona la señal para poder ser reproducida en una televisión no fabricada con la
capacidad de desplegar todos los canales que el cable transporta, o bien, sirve como
filtro para proporcionar al suscriptor únicamente los canales que ha pagado.
El uso de las cajas direccionables ("addressables") permite la provisión de distintos
paquetes al usuario y, eventualmente, la desconexión de suscriptores que no paguen
por el servicio. Las cajas decodificadoras también ayudan a evitar la piratería de las
señales de cable.
1.3 BREVE DESCRIPCIÓN DE LA RED DE ACCESO xDSL del GRUPO
TVCABLE
1.3.1 BUCLE DIGITAL DE ABONADO (xDSL) [27]
Se conoce como xDSL a la familia de tecnologías de acceso a Internet de banda
ancha basadas en la digitalización del bucle de abonado telefónico (el par de cobre).
La principal ventaja de xDSL frente a otras soluciones de banda ancha (cablemódem,
fibra óptica, etc.) es precisamente la reutilización de infraestructuras ya instalada y
con gran extensión entre la población.
xDSL contiene un grupo de tecnologías de acceso punto a punto a través de la red
pública, que permiten un flujo de información tanto simétrico48 como asimétrico49 y de
alta velocidad.
48
Simétrico: tecnologías que proporcionan igual capacidad tanto en el canal descendente como en el
canal ascendente.
49
Asimétrico: tecnologías que presentan asimetría (diferentes velocidades) en la capacidad de los
canales ascendente y descendente.
53
1.3.1.1 FUNCIONAMIENTO
El acceso xDSL se basa en la conversión del par de cobre de la red telefónica básica
en una línea digital de alta velocidad capaz de soportar servicios de banda ancha
además del envío simultáneo de voz. Para lograr esto se emplean tres canales
independientes:
•
Dos canales de alta velocidad (uno de recepción de datos y otro de envío de
datos).
•
Otro canal para la transmisión de voz
Cada uno de ellos ocupa una banda de frecuencia diferente, de manera que no
interfieran entre sí. El canal de voz queda ubicado entre los 200Hz y los 3,4KHz se
transmite en banda base, como el servicio telefónico tradicional, mientras que los
canales de datos quedan aproximadamente entre los 24KHz y los 1,1MHz,
distribuyéndose de forma variable entre el canal de subida y el de bajada según el
tipo de tecnología xDSL empleada. Se transmiten mediante múltiples portadoras.
Para poder ofrecer servicios de voz compatibles con los terminales telefónicos
convencionales, los usuarios deben disponer de un “splitter50” que se sitúan entre la
toma de red telefónica y los equipos terminales (módem y teléfono) para filtrar la voz
de los distintos canales de datos.
Por su parte, los equipos de red del operador deben disponer de los denominados
DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer), que contienen un conjunto de
tarjetas con varios módems de central de un número de usuarios, de manera que se
50
Splitter: dispositivo que divide la señal de teléfono en varias señales, cada una de ellas en una
frecuencia distinta. Este dispositivo se utiliza frecuentemente en la instalación de líneas ADSL, donde
es necesario que la señal de datos y de voz convivan en la misma línea telefónica; esto se consigue
dividiendo las señales de entrada de baja frecuencia para la transmisión voz y de las de alta
frecuencia para datos, permitiendo un uso simultáneo de ambos servicios.
54
concentre y se enrute el tráfico de los enlaces xDSL hacia una red de área extensa.
1.3.1.2 TIPOS DE xDSL
La tecnología de mayor difusión actualmente es la tecnología ADSL pudiendo
conseguir velocidades superiores a los 20 Mbps. Las principales tecnologías de este
tipo son:
•
HDSL: High bit rate Digital Subscriber Line o Línea de abonado digital de alta
velocidad binaria.
•
SDSL: Symmetric Digital Subscriber Line o Línea de abonado digital simétrica.
•
ADSL: Asymmetric Digital Subscriber Line o Línea de abonado digital
asimétrica.
•
VDSL: Very high bit-rate Digital Subscriber Line o DSL de muy alta tasa de
transferencia.
1.3.2 RED DE ACCESO ADSL DEL GRUPO TVCABLE
El Grupo TVCable
ofrece servicios de Internet, telefonía y datos mediante la
tecnología ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line). La asimetría característica de
este tipo de tecnología disminuye el efecto de la interferencia de las señales de un
canal sobre el otro, especialmente reduce el efecto de las altas frecuencias del canal
descendente sobre el canal ascendente debido al menor ancho de banda de este
último.
Características principales de ADSL:
• Permite transportar el servicio de voz analógica POTS51 (Plain Old Telephone
Service) junto con el transporte de datos.
51
POTS: (Plain Old Telephone Service). - Conocido también como Servicio Telefónico Tradicional,
que se refiere a la manera en cómo se ofrece el servicio telefónico analógico (o convencional) por
medio de hilos de cobre.
55
• Trabaja a nivel de capa física, soportando cualquier stack de protocolos de
más alto nivel como ATM, Ethernet, etc.
• Ofrece servicios de banda ancha a usuarios residenciales y, de pequeñas y
medianas empresas.
1.3.2.1 EQUIPOS DSLAM [23]
La tecnología ADSL necesita dos equipos por cada usuario, uno en el domicilio del
cliente y otro en la central o nodo, complicando así el despliegue de la tecnología en
el lado del nodo. Para solucionar este inconveniente surgió el DSLAM (Digital
Subscriber Line Access Multiplexer,). Este equipo contiene un conjunto de tarjetas
que poseen varios puertos que sirven como módems, concentrando así los equipos y
el tráfico, como se muestra en la Figura 1.17:
Figura 1.17: Estructura básica de la tecnología DSLAM [23]
El Grupo TVCable posee equipos IP DSLAM los mismos que trabajan con un
protocolo de Internet sobre ADSL basado en IP. Los IP DSLAMs ofrecen ventajas
sobre tecnologías tradicionales como el aumento de eficacia, velocidades superiores,
y gestión mejorada. De esta manera, reducen la complejidad de conversión de
formatos de datos, solucionan problemas de congestión de tráfico con alta velocidad,
56
tecnología de conmutación Ethernet anti bloqueo, y también proporcionan un buen
mecanismo para aplicaciones multicast de video.
Entre las principales características de la tecnología IP DSLAM están:
• Tecnología de conmutación creada para proporcionar circuitos virtuales en las
redes IP.
• Provee servicios confiables orientados a conexión.
• Posibilidades de rápido re enrutamiento.
• Ingeniería de tráfico y QoS.
• Distribución de tráfico en la red de acuerdo a la disponibilidad de los recursos,
así como el tráfico actual y el esperado.
• Reserva de recursos a lo largo del camino para asegurar la QoS al tráfico de
datos.
La red xDSL cuenta con dos tipos de IP-DSLAM provistos por la empresa Fiberhome
de origen chino, estos se detallan a continuación:
1.3.2.1.1
AN2200-02 DSLAM
• Utilizados en un 95% de los nodos.
• Posee 18 slots de los cuales se utilizan 2 para las tarjetas de control, la una
será la principal y la otra estará para respaldo, en el caso de que sea
necesaria la conmutación del control por algún problema que se haya
presentado.
• Los otros 16 pueden utilizarse para tarjetas de línea (XA-32) usadas para el
enganche de los clientes, con lo que se tendría hasta 512 líneas ADSL.
En la Figura 1.18 se muestra una vista frontal y posterior de estos equipos.
57
Figura 1.18 Vista frontal y posterior del DSLAM AN2200-02 [22]
La parte posterior del DSLAM sirve para conectar tarjetas, aquí se encuentra la
tarjeta de UP Link, la misma que permite que fluya el tráfico desde los clientes hacia
el equipo. También están tarjetas splitter (ASP 32) con su respectivo cable
amphenol, estas tarjetas reflejan los puertos a los que se engancharán los clientes.
1.3.2.1.2
AN2200-06 DSLAM
• Equipos utilizados en un 5% de los nodos.
• Consta de 5 slots, 1 se ocupa con la core card, es decir, con la tarjeta de
control que permite la configuración del equipo mediante hyperterminal.
• Los otros 4 se pueden ocupar con tarjetas XA-32 para tener hasta máximo 128
líneas.
• En la parte posterior está la tarjeta de Up link y el espacio para las ASP 32.
En la figura 1.19 se muestra las vistas frontal y posterior de estos equipos:
58
Figura 1.19 Vista frontal y posterior del DSLAM AN2200-06 [22]
1.3.2.2 SERVICIOS MEDIANTE CPE (CUSTOMER PREMISES EQUIPMENT)
ACCEDIENDO A LA RED DSLAM [22]
La comunicación entre el DSLAM y el CPE se realiza a través de dos interfaces
llamadas ATU-R o "ADSL Terminal Unit Remote" del lado del cliente o abonado y
ATU-C o "ADSL Terminal Unit Central" del lado del proveedor del servicio. Delante
de cada uno de ellos se coloca un splitter con la finalidad de separar las señales
transmitidas de baja frecuencia (telefonía) y las de alta frecuencia (datos).
En la Figura 1.20, se describe el proceso que sigue la red para ofrecer al usuario los
servicios que requiere mediante la conexión de un CPE en su domicilio.
En el lado del cliente se instala un equipo CPE para brindar el acceso a Internet y
mediante una interfaz Ethernet se puede conectar una caja SIP (Session Initiation
Protocol) que proporcionará el acceso telefónico.
El CPE debe engancharse en un par de cobre de una caja de dispersión52 ubicada
en un poste que quede lo más cercano a la vivienda del usuario; este segmento
52
Caja de dispersión: es el punto de terminación de la red secundaria y de iniciación de la red de
abonado; estas cajas se ubican en los postes o en el sótano de los edificios
59
constituye la red de acometida. Las cajas se derivan de elementos conocidos como
mangas que mediante cable multipar de 50 pares se conectan a dos nodos.
En el nodo se reflejan los pares en organizadores y mediante un cable directo se une
el par asignado con el puerto asignado en el DSLAM.
Figura 1.20 Esquemático general de la red DSLAM del Grupo TVCable [22]
El DSLAM se conecta a un equipo 8600 que es un router de borde de la tecnología
MPLS en el mismo nodo geográfico mediante una interfaz Fast Ethernet.
Los nodos 8600 se encuentran enganchados entre sí mediante fibra óptica a través
de troncales de 1Gigabyte conociéndose esto como el Backbone de la red MPLS.
Este esquema se indica en la Figura 1.21 la misma que representa la red IP/MPLS
del Grupo TVCable, en donde se observa que los nodos Colón, Veterinarios y
HeadEnd se unen mediante enlaces STM-16 formando un anillo; los demás nodos se
unen mediante enlaces STM-1 pero de igual forma en una topología de anillo para
brindar la redundancia necesaria.
60
Figura 1.21 Red IP/MPLS [22]
61
CAPÍTULO II
EQUIPAMIENTO NECESARIO PARA LA
IMPLEMENTACIÓN DE LA RED IPTV Y APLICACIONES
QUE OFRECE EL SISTEMA IPTV
2.1 INTRODUCCIÓN A LA TECNOLOGÍA DE IPTV (INTERNET
PROTOCOL TELEVISION) [28]
2.1.1 REDES IP
En la actualidad la tecnología digital disponible permite que diversos sectores, como
por ejemplo: las telecomunicaciones, los datos, la radio y la televisión se unan en uno
mismo. Este fenómeno es conocido como la convergencia. Debido a esta nueva
característica las redes deben de mejorar para poder lograr congruencia de estos
nuevos servicios multimedia.
Para poder soportar de manera adecuada estos servicios las redes están
evolucionando hacia redes de siguiente generación (NGN53). Según la ITU-T54 en la
norma H.323, una red NGN es una red basada en la transmisión de paquetes capaz
de proveer servicios integrados, incluyendo los tradicionales telefónicos, y capaz de
explotar al máximo el ancho de banda del canal haciendo uso de las técnicas de
calidad del servicio (QoS) de modo que el transporte sea totalmente independiente
53
54
NGN: Next Generation Networking
UIT-T: Unión Internacional de Telecomunicaciones
62
de la infraestructura de red utilizada. Además, debe ofrecer acceso libre para
usuarios de diferentes compañías telefónicas y apoyar la movilidad que permite
acceso multipunto a los usuarios.
El objetivo de esta norma, y de todos estos modos de convergencia, es proporcionar
servicios multimedia con una calidad aceptable sobre redes no orientadas a la
conexión y que no ofrecen una calidad de servicio determinada, es decir, redes
basadas en IP55, como por ejemplo Internet (ver Figura 2.1).
Figura 2.1: Arquitectura de las redes NGN [28]
Internet es el factor más importante que guía este proceso de convergencia. Esto se
debe a que el conjunto de protocolos de Internet se ha convertido en el estándar
utilizado en casi todos los servicios actuales. Internet está formado por varios
protocolos, pero dos de ellos, TCP56 e IP, son los más importantes. El protocolo IP
pertenece a la capa tres del modelo OSI57 que ofrece direccionamiento,
encaminamiento de datagramas, etc. El protocolo TCP es la capa principal de
transporte, capa 4 del modelo OSI, y se responsabiliza del establecimiento de
conexiones y del transporte de datos, aunque a nivel de transporte también es
posible utilizar UDP58 cuando se está utilizando servicios que no requieren control de
55
IP: Internet Protocol.
TCP: Transmision Control Protocol.
57
OSI: Open System Interconection.
58
UDP: User Datagram Protocol.
56
63
la congestión. Por eso, cada vez más, las redes basadas en IP tienen una gran
importancia en la sociedad de la información actual.
Debido a la gran utilización del protocolo IP, se va a describir brevemente sus
principales características.
2.1.1.1 EL PROTOCOLO INTERNET [29]
El protocolo Internet (IP) es parte del conjunto de protocolos TCP/IP y es el protocolo
de interconexión entre redes más utilizados. Como con cualquier protocolo estándar,
IP se especifica en dos partes:
• La interfaz con la capa superior (por ejemplo TCP), especificando los servicios
que proporciona IP.
• El formato real del protocolo y los mecanismos asociados.
2.1.1.1.1 SERVICIOS IP
Los servicios que se van a proporcionar entre las capas de protocolos adyacentes
(por ejemplo, entre IP y TCP) se expresan en términos de primitivas y parámetros.
Una primitiva especifica la función que se va a ofrecer y los parámetros que se
utilizan para pasar datos e información de control.
IP proporciona dos primitivas de servicio en la interfaz con la siguiente capa superior.
La primitiva Send (envío) se utiliza para solicitar la retransmisión de una unidad de
datos. La primitiva Deliver (entrega) utiliza IP para notificar a un usuario la llegada de
una unidad de datos. Los parámetros asociados con estas dos primitivas son los
siguientes:
• Dirección origen: dirección global de la red de la entidad IP que envía la
unidad de datos.
• Dirección destino: dirección global de la red de la entidad IP de destino.
64
• Protocolo: entidad de protocolo recipiente (un usuario IP).
• Indicadores del tipo de servicio: utilizado para especificar el tratamiento de la
unidad de datos en su transmisión a través de los componentes de la redes.
• Identificador: utilizado en combinación con las direcciones origen y destino y
el protocolo usuario para identificar de una forma única a la unidad de datos
Este parámetro se necesita para reensamblar e informa de errores.
• Indicador de no fragmentación: indica si IP puede segmentar los datos para
realizar el transporte.
• Tiempo de vida: medida en segundos.
• Longitud de los datos: longitud de los datos que se transmiten.
• Datos de opción: opciones solicitados por el usuario IP.
• Datos: datos de usuario que se van a transmitir.
Cabe indicar que los parámetros identificador, indicador de no fragmentación, y
tiempo de vida se encuentran presentes en la primitiva Send pero no lo están en la
primitiva Deliver. Estos tres parámetros proporcionan instructivos a IP pero no son de
incumbencia del usuario IP destino.
El usuario IP que hace el envío incluye el parámetro “tipo de servicio” para solicitar
una calidad de servicio particular. El usuario puede especificar uno o más de los
servicios enumerados en la Tabla 2.1. Este parámetro se puede utilizar para orientar
en las decisiones de encaminamiento. Por ejemplo, si un dispositivo de
encaminamiento tiene varias opciones alternativas para elegir el siguiente salto en el
encaminamiento del datagrama, podría elegir una red con una tasa de transferencia
de datos mayor si se ha elegido la opción de gran rendimiento. Este parámetro
también se pasa al protocolo de acceso a la red para que se use en redes
individuales en caso de que sea posible.
Precedencia
Una medida de la importancia relativa del datagrama. Se utilizan ocho
niveles de precedencia. IP tratará de proporcionar un tratamiento
65
preferencial a los datagramas con precedencias superiores
Se puede especificar uno de dos niveles: normal o alto. Un valor alto
Seguridad
indica una petición para que se hagan intentos de minimizar la
probabilidad de que este datagrama se pierda o resulte dañado.
Se puede especificar uno de dos niveles: normal o bajo. Un valor bajo
Retardo
indica una petición para minimizar el retardo que experimentará este
datagrama.
Rendimiento
Se puede especificar uno de dos niveles: normal o alto. Un valor alto
indica una petición para maximizar el rendimiento para este datagrama.
Tabla 2.1: Opciones de calidad del servicio IP [29]
Los parámetros de opciones permiten futuras extensiones y la inclusión de
parámetros que normalmente no se invocan. Las opciones actualmente definidas
son:
• Seguridad: permite que se incorpore una etiqueta de seguridad al datagrama.
• Encaminamiento por la fuente: constituye una lista secuencial de direcciones
de dispositivos de encaminamiento que especifica la ruta a seguir.
• Registro de la ruta: se reserva un campo para registrar la secuencia de
dispositivos de encaminamiento visitados por el datagrama.
• Identificación de secuencia: identifica recursos reservados utilizados para un
servicio de secuencia. Este servicio proporciona un tratamiento especial del
tráfico volátil periódico (por ejemplo voz).
• Marcas de tiempo: la entidad IP origen y algunos o todos los dispositivos de
encaminamiento intermedios incorporan una marca temporal (con una
precisión de milisegundos) a las unidades de datos conforme van pasando por
ellos.
66
2.1.1.1.2 PROTOCOLO IP
El protocolo entre entidades IP se describe mejor mediante la referencia al formato
del datagrama IP, mostrado en la figura 2.2. Los campos son los siguientes:
Figura 2.2: Cabecera IPv4 [30]
•
VERS (4 bits). Indica la versión del protocolo IP que se utilizó para crear el
datagrama. Actualmente se utiliza la versión 4 (IPv4) aunque ya se están
preparando las especificaciones de la siguiente versión, la 6 (IPv6).
•
HLEN (4 bits). Longitud de la cabecera expresada en múltiplos de 32 bits. El
valor mínimo es 5, correspondiente a 160 bits = 20 bytes.
•
Tipo de servicio (Type Of Service). Los 8 bits de este campo se dividen a su
vez en:
o
Prioridad (3 bits). Un valor de 0 indica baja prioridad y un valor de 7,
prioridad máxima. Los siguientes tres bits indican cómo se prefiere que
se transmita el mensaje, es decir, son sugerencias a los encaminadores
que se encuentren a su paso los cuales pueden tenerlas en cuenta o
no.
o
Bit D (Delay). Solicita retardos cortos (enviar rápido).
o
Bit T (Throughput). Solicita un alto rendimiento (enviar mucho en el
menor tiempo posible).
67
o
Bit R (Reliability). Solicita que se minimice la probabilidad de que el
datagrama se pierda o resulte dañado (enviar bien).
o
•
Los siguientes dos bits no tienen uso.
Longitud total (16 bits). Indica la longitud total del datagrama expresada en
bytes. Como el campo tiene 16 bits, la máxima longitud posible de un
datagrama será de 65535 bytes.
•
Identificación (16 bits). Número de secuencia que junto a la dirección origen,
dirección destino y el protocolo utilizado identifica de manera única un
datagrama en toda la red. Si se trata de un datagrama fragmentado, llevará la
misma identificación que el resto de fragmentos.
•
Banderas o indicadores (3 bits). Sólo 2 bits de los 3 bits disponibles están
actualmente utilizados. El bit de Más fragmentos (MF) indica que no es el
último datagrama. Y el bit de No fragmentar (NF) prohíbe la fragmentación del
datagrama. Si este bit está activado y en una determinada red se requiere
fragmentar el datagrama, éste no se podrá transmitir y se descartará.
•
Desplazamiento de fragmentación (13 bits). Indica el lugar en el cual se
insertará el fragmento actual dentro del datagrama completo, medido en
unidades de 64 bits. Por esta razón los campos de datos de todos los
fragmentos menos el último tienen una longitud múltiplo de 64 bits. Si el
paquete no está fragmentado, este campo tiene el valor de cero.
•
Tiempo de vida o TTL (8 bits). Este campo especifica el número máximo de
routers por los que puede pasar un datagrama. Por lo tanto, este campo
disminuye con cada paso por un router y cuando alcanza el valor crítico de 0,
el router descarta el datagrama y se devuelve un mensaje ICMP de tipo
"tiempo excedido" para informar al origen de la incidencia. Esto evita que la
red se sobrecargue de datagramas perdidos.
•
Protocolo (8 bits). Indica el protocolo utilizado en el campo de datos: 1 para
ICMP, 2 para IGMP, 6 para TCP y 17 para UDP.
•
CRC cabecera (16 bits). Contiene la suma de comprobación de errores sólo
para la cabecera del datagrama. La verificación de errores de los datos
corresponde a las capas superiores.
68
•
Dirección origen (32 bits). Contiene la dirección IP del origen.
•
Dirección destino (32 bits). Contiene la dirección IP del destino.
•
Opciones IP. Este campo no es obligatorio y especifica las distintas opciones
solicitadas por el usuario que envía los datos (generalmente para pruebas de
red y depuración).
•
Relleno. Si las opciones IP (en caso de existir) no ocupan un múltiplo de 32
bits, se completa con bits adicionales hasta alcanzar el siguiente múltiplo de
32 bits (recuérdese que la longitud de la cabecera tiene que ser múltiplo de 32
bits).
IGMP (Internet Group Management Protocol)
Desde el punto de vista de su ubicación en la arquitectura de comunicaciones
TCP/IP, y según se muestra en la figura 2.2, el protocolo IGMP ocupa un mismo
subnivel de comunicaciones por encima de IP en el nivel de red o Internet.
Además el protocolo IGMP está intrínsecamente ligado al protocolo IP (se ejecuta
directamente sobre IP, en el campo “Protocolo” de la cabecera IP), que de hecho se
puede ver como parte integral (no como protocolo separado) de IP, es decir, un
módulo más dentro del propio módulo IP como se puede apreciar en la figura 2.3.
Figura 2.3: Ubicación del protocolo IGMP en la arquitectura TCP/IP [29]
69
IGMP (RFC 1112) es un protocolo utilizado entre una máquina y un router para
informar al router que desea pertenecer a un grupo multicast, los datos de audio y
video sólo deben transmitirse a una dirección IP multicast pero deben recibirse por
cualquier usuario que desee ver la transmisión.
Multicast usa las direcciones IP de clase D que están en un rango de 224.0.0.0 a
239.255.255.255. Para cada dirección multicast hay un conjunto de cero o más hosts
que están escuchando, este conjunto se llama el “grupo de host”.
Se encapsulan los mensajes de IGMP en los datagramas de IP como lo indica la
Figura 2.4, la cabecera de IP siempre tendrá un número protocolar de 2.
Figura 2.4: Encapsulamiento de un mensaje IGMP [29]
El campo de datos IP contendrá el mensaje IGMP de 8 bytes como se muestra en la
figura 2.5.
Figura 2.5: Cabecera de IGMP [29]
• Vers: corresponde a la versión, de 4 bits, siempre 1.
• Type: corresponde al tipo de dato, puede ser un “join” o un “report”.
– 1: especifica un join enviado por un router multicast.
70
– 2: especifica un join enviado por un host.
Funcionamiento de IGMP
Las direcciones de multidifusión (clase D), sólo pueden emplearse como direcciones
IP de destino, cuando se encapsula un mensaje IGMP en un datagrama IP para su
transmisión, la dirección de destino en la cabecera IP es la dirección de multidifusión
del grupo, por ejemplo, 224.0.0.14, 224.0.1.75, etc.
El router necesita conocer si hay alguna máquina interesada en recibir la información
destinada a un cierto grupo multicast, en caso afirmativo, el router realizará una serie
de acciones para conseguir que la información destinada a dicho grupo llegue a la
subred donde existe al menos una máquina interesada en recibirla, para ello sigue el
proceso que se observa en la figura 2.6.
Figura 2.6: Señalización de IGMP [29]
• Un router envía periódicamente mensajes a la IP 224.0.0.1 (IGMP Host
Membership Join) en su subred para consultar qué máquinas desean recibir
tráfico multicast.
71
• Si hay alguna máquina que desea recibir el tráfico de un grupo, activa un
temporizador con tiempo aleatorio para enviar mensajes (IGMP Host
Membership Join) a los miembros de ese grupo que informa de que esa
máquina está interesada en recibir dicho tráfico.
• Cuando el temporizador expira se tiene los siguientes casos:
o El router (que está suscrito a todos los grupos) se entera de que existe
una máquina que está interesada en ese grupo.
o Otras máquinas de la misma subred, suscritas ya a ese grupo podrían
cancelar sus temporizadores y no será necesario que envíen su
mensaje de informe (IGMP Host Membership Join).
• Si una máquina quiere suscribirse a más de un grupo, debe enviar un mensaje
de informe por cada uno de los grupos a los que desea suscribirse.
Por fiabilidad, la máquina envía el mismo informe 3 veces espaciado en el
tiempo unos segundos.
• Las máquinas en IGMP-v2 enviarán explícitamente un mensaje para salirse de
un grupo (IGMP Host Membership Leave) a 224.0.0.2. De esta forma se
reduce la latencia en la salida de los grupos.
2.2 INTRODUCCIÓN A LA TECNOLOGÍA DE IPTV
La televisión digital en los últimos años, ha sido uno de los principales temas de
discusión como resultado de las nuevas posibilidades de servicios y contenidos que
surgen con el paso de este nuevo tipo de “hacer televisión” y explotación comercial.
Es por ello que la industria de la televisión enfrenta un interesante reto con la
transmisión de Televisión por IP, mejor conocida como IPTV (por sus siglas en
72
inglés: Internet Protocol Television). Esta tecnología se basa en la difusión de
programas de televisión mediante redes de banda ancha, utilizando los protocolos IP
de transmisión al uso en Internet. Es así que la televisión, al tratarse de imágenes en
tiempo real, necesita un gran ancho de banda para su correcto funcionamiento, pues
las imágenes necesitan llegar sin retraso al usuario.
Según la UIT-T, IPTV es el medio de comunicación para la entrega segura de video,
sonido, texto y gráficos de alta calidad a los usuarios sobre cualquier dispositivo que
tenga capacidades de audio/video que opere sobre una red IP gestionada.
Esta solución, a más de posibilitar nuevas opciones de entretenimiento y servicios
para los usuarios, genera mayores ingresos para los operadores que brinden este
servicio aprovechando la infraestructura existente.
La puesta en marcha de esta nueva plataforma surge como una necesidad de los
operadores de telecomunicaciones de hacer frente a la convergencia de servicios
como el “triple play” en las redes de cable, sin la cual los servicios individuales que
se ofrecen parecerán incompletos ante los ojos del usuario.
Las principales ventajas que presenta la IPTV frente a la televisión digital terrestre
TDT son:
• Video bajo demanda o VOD (Video on Demand), con lo cual el usuario
solicitará los contenidos que desea ver, de esta forma el proveedor no emitirá
sus contenidos esperando que el usuario se conecte, sino que los contenidos
llegarán sólo cuando el cliente los solicite. Esto permitirá un mayor desarrollo
del Pay Per View o pago por evento.
• Posibilidad de rebobinar o parar la emisión en el formato de VOD. El usuario
dispondrá de un aparato receptor conectado a su ordenador o a su televisión y
a través de una guía podrá seleccionar los contenidos que desea ver o
73
descargar para almacenar en el receptor y de esta manera poder visualizarlos
tantas veces como desee, rebobinar la información y darle el seguimiento que
desee.
• Bidireccionalidad, ya que se tiene una televisión interactiva, con envío de
información de las dos partes, tanto de los proveedores como por parte de los
usuarios.
• Reducción del coste de las emisiones y, sobre todo, su alcance global, no
limitado a una cobertura determinada como es el caso de las redes de difusión
tradicionales (ondas terrestres, cable o satélite).
Algunos entornos IPTV pueden ser parecidos a los entornos de televisión más
convencionales como el cable o el satélite, que tienen un conjunto de programas
conocido. En los sistemas multicast el servicio es controlado por el operador de la
red, para hacer llegar la señal hasta el usuario final. Esto permite que el proveedor
del servicio pueda controlar la calidad de la señal, la oferta de contenidos o el acceso
a los mismos. En ocasiones el operador suministra un "Set top Box" o caja
decodificadora para que el usuario reciba los programas y seleccione la que desee
ver entre una oferta muy amplia.
De esta manera, el operador tiene más control sobre el acceso a los contenidos
ofrecidos permitiéndole desarrollar modelos de negocio asociados, como el de
suscripción o PPV (Pay per View). Además, la información fluye también desde el
usuario hasta el operador y este es el elemento diferencial entre las plataformas
IPTV y otras plataformas de televisión más tradicionales. El hecho de poder contar
con un canal de retorno a través del cual el operador puede comunicarse con el
cliente en tiempo real, permite el desarrollo de servicios como el VoD (Video On
Demand), la medición de audiencias "personalizada" y la generación de canales de
contenidos a la carta.
74
Así pues, tanto el control sobre el acceso a los contenidos como la capacidad de
comunicación bidireccional entre el cliente y el operador permiten el desarrollo de
modelos de negocio directamente relacionados con el contenido ofertado. Es decir, el
contenido se convierte en un elemento clave del negocio siguiendo la estela de los
entornos de televisión más convencionales. La oferta de contenidos y la negociación
de los mismos se convierten en factores clave para la captación de clientes, así
como en una parte importante del presupuesto de la plataforma. El concepto de
conjunto de programas y de canal de televisión queda muy difuminado.
La programación que ofrecen los difusores está basada tanto en los canales
tradicionales, como en canales más específicos sobre un determinado tema, para
que el cliente seleccione los que le interesan. Además se emiten eventos deportivos
y películas de estreno bajo pago por visión, es decir abonando una cantidad adicional
a la tarifa del servicio para poder verlas. Se trata de comprar los contenidos que se
deseen ver para confeccionar una televisión a la carta. La IPTV gracias a sus
características permitirá almacenar los contenidos para verlos tantas veces como se
desee, pero además permitirá realizar pausas, avanzar, retroceder.
En el sector publicitario, al tratarse de información que llega a través de Internet,
podrían personalizar los anuncios, para que el usuario con tan solo hacer un clic
pueda acceder a la compra de los productos que desee. Adicionalmente se espera
dentro de los servicios, métodos de búsqueda y restricciones, es decir que los padres
pueden bloquear cierto contenido en IPTV que solo puede ser mostrado previa
verificación de una clave parental, así mismo puede buscar por ejemplo todos los
programas, series o películas en que actúe tal o cual autor o que sean de tal o cual
género.
75
2.2.1 BREVE DESCRIPCIÓN DE LA TECNOLOGÍA STREAMING
El término streaming59 tiene que ver con la transmisión de información y su inmediata
interpretación. Antes, la única forma disponible de ver un video o escuchar un sonido
desde Internet era bajar el fichero completo al ordenador y luego mediante un
programa reproducir el audio/video.
Hoy en día, gracias al avance tecnológico en procesamiento de datos y redes, se
puede transmitir un flujo continuo de paquetes multimedia transmitidos en tiempo
real, distribuyendo el contenido multimedia a través del Internet.
2.2.1.1 PROTOCOLOS UTILIZADOS PARA EL TRANSPORTE DE VIDEO EN
TIEMPO REAL [31]
Los protocolos son diseñados y estandarizados para la comunicación entre los
clientes y los servidores de streaming. Se resumen los protocolos básicos utilizados
para ofrecer el servicio de IPTV, como son los protocolos de transporte, entre ellos
TCP, UDP y RTP/RTCP60 (para el transporte de datos en tiempo real) y el protocolo
de control de la sesión, como RTSP61.
2.2.1.1.1 PROTOCOLOS DE TRANSPORTE
2.2.1.1.1.1 Protocolos UDP y TCP
Como se puede apreciar en la gráfica Los protocolos UDP y TCP proveen las
funciones básicas de transporte mientras que RTP y RTCP corren encima de estos.
En la Figura 2.7 se puede apreciar la pila de protocolos para el transporte de video
en tiempo real.
59
Streaming: tecnología que hace posible escuchar música o ver videos sin necesidad de ser
descargados previamente. No es más que la transmisión de archivos multimedia en tiempo real.
60
RTP/RTCP: Real-Time Transport protocol/ Real-Time Control protocol.
61
RTSP: Real-Time Streaming Protocol.
76
Figura 2.7: Pila de protocolos para streaming de video [31]
Los protocolos UDP y TCP realizan las funciones de multiplexado, control de error o
control de flujo. Primero UDP y TCP multiplexan los flujos de datos de las diferentes
aplicaciones corriendo en la misma máquina con la misma dirección IP. Luego, con el
objetivo de control de error, las implementaciones de TCP y UDP realizan un control
de paridad para detectar errores de bit. Si se detecta un error TCP/UDP descarta el
paquete para que la capa superior (por ej. RTP) no lo reciba. A diferencia de UDP,
TCP utiliza retransmisiones para recuperar el paquete descartado lo que hace a este
un protocolo de transmisión confiable.
TCP también utiliza control de flujo para adaptar la tasa de transmisión según el nivel
de congestionamiento de la red.
Dado que las retransmisiones de TCP provocan demoras, UDP es el protocolo más
usado para streaming de video. Sin embargo, dado que UDP no asegura la entrega,
el receptor deberá confiar en la capa superior (RTP) para detectar las pérdidas de
paquetes.
77
2.2.1.1.1.2 Protocolo RTP
RTP es un protocolo estándar para Internet que provee transporte de punta a punta
soportando aplicaciones de tiempo real. RTCP es el protocolo compañía diseñado
para proveer realimentación sobre la QoS a los participantes de la sesión RTP. Se
dice que RTP es un protocolo de transferencia de datos mientras que RTCP es un
protocolo de control.
Las funciones que provee RTP son:
• Marcado-temporal: Las marcas temporales permiten sincronizar diferentes
flujos de medios.
• Numeración de secuencias: Dado que UDP no envía los paquetes en
secuencia, RTP los numera para que puedan ser ordenados a su llegada.
• Identificación del tipo de carga: Se identifica el tipo de carga útil en el paquete
con un campo de cabezal RTP.
• Identificación de fuente: Cada paquete RTP se identifica con un cabezal
llamado SSRC62 que actúa como identificador de la fuente.
2.2.1.1.1.3 Protocolo RTCP
RTCP es un protocolo de control diseñado para trabajar junto con RTP y provee los
siguientes servicios:
• Realimentación de QoS: Es la función principal del RTCP. La información se
envía a través de reportes de remitente y reportes de receptor. Estos reportes
contienen la información de:
–
62
Fracción de paquetes RTP perdidos desde el último reporte,
SSRC: Synchronization SouRCe identifier
78
–
Número de paquetes perdidos acumulado desde el comienzo de la
recepción,
–
Jitter63 de paquetes y demora desde la recepción del último reporte de
remitente.
• Identificación del participante: La fuente puede ser identificada por el campo
SSRC en el cabezal RTP, pero este identificador para los humanos. RTCP
provee mecanismo amigable para este servicio. RTCP SDES64 son paquetes
que contienen información de los participantes de la sesión incluyendo nombre
de usuario, teléfono, e-mail y otros.
• Escalado de control de paquetes: Para escalar según el número de
participantes se mantiene el número total de paquetes a un 5 % de ancho de
banda total de la sesión. A su vez, dentro de los paquetes de control, un 25 %
se utiliza para reportes de envío y un 75 % para reportes de recepción.
• Sincronización entre medios e Información de control de sesión mínima:
Transporta información de la sesión.
2.2.1.1.2 PROTOCOLOS DE CONTROL DE LA SESIÓN
2.2.1.1.2.1 Protocolo de control de sesión RTSP
El protocolo de streaming en tiempo real RTSP es un protocolo de control de sesión
para la realización de streaming de medios sobre Internet. Una de las funciones
principales de RTSP es el soporte de comando de tipo VCR como parada, pausa,
resumir, avance rápido y retroceso rápido. También RTSP permite la elección de los
canales de envío (por ejemplo UDP, y multidifusión UDP o TCP) y los mecanismos
de envío basados en RTP, RTSP funcionan tanto en difusión punto a punto como en
multidifusión.
63
Jitter: es la variación en el retardo, en términos simples la diferencia entre el tiempo en que llega un
paquete y el tiempo que se cree que llegará el paquete.
64
RTCP SDES: RTCP Source Description.
79
RTSP también provee:
• Recuperación de medios a solicitud del cliente
• Invitación de un servidor de medios a una conferencia
• Adición de medios a una sesión existente
RTSP debe proveer los mismos servicios para audio y video como lo hace HTTP65
para texto y gráficos. En RTSP cada trama se identifica con un RTSP URL66.
2.3 ARQUITECTURA DE LA RED IPTV [32]
En la figura 2.8 se puede observar la arquitectura para streaming de video. Esta
arquitectura de red IPTV se puede analizar bajo 5 apartados:
• Adquisición
• Servidores
• Distribución
• Red de Acceso
• Software
65
66
HTTP: HiperText Transfer Protocol.
RTSP URL: Universal Resource Locator.
80
Figura 2.8: Arquitectura para streaming de video [32]
2.3.1 ADQUISICIÓN
Esta etapa consta de las siguientes subetapas:
•
Recepción de contenidos
•
Procesamiento, digitalización, codificación y formato de video
•
Encriptación
•
Generación de la guía de programación
El contenido se puede obtener a través de Internet de algún proveedor de contenidos
o de un distribuidor de señales de televisión. Se utilizan unos dispositivos llamados
codificadores para digitalizar y comprimir el video analógico obtenido. Este
codificador, habilita la compresión de video digital habitualmente sin pérdidas. La
elección del codificador tiene mucha importancia, porque determina la calidad del
video final, la tasa de bits que se enviarán, la robustez ante las pérdidas de datos y
errores, el retraso por transmisión, etc.
81
2.3.2 SERVIDORES
Esta etapa consta de las siguientes subetapas:
•
Almacenamiento de contenidos
•
Respaldo
•
Streaming de video
•
Licencias
Se tratan de servidores IP que permiten enviar distintos flujos de video a la vez. En
estos servidores se realiza el almacenamiento temporal de paquetes durante la
transmisión de información, para crear una reserva de paquetes que puede ser
usada durante el retraso de una transmisión de paquetes o en las peticiones de
reenvío de paquetes. Mientras un buffer de paquetes está comúnmente localizado en
el aparato receptor, un buffer de paquetes también puede ser colocado en el aparato
emisor, esto permite la rápida selección y reenvío de paquetes cuando sean
solicitados por el receptor. El buffering de paquetes es usado en los sistemas de
IPTV para reponer el retraso en envíos y la pérdida de paquetes que ocurre cuando
se ven señales IPTV. Un buffer de paquetes recibe y añade pequeñas cantidades de
retraso en los paquetes así que cuando los paquetes son recibidos parece que no
han tenido retrasos.
La cantidad de buffering de paquetes para sistemas IPTV puede variar de décimas
de segundos a decenas de segundos. La figura 2.9 muestra que durante la
transmisión de paquetes desde el servidor de medios al televidente, algunos tiempos
de transmisión varían (jitter) y algunos paquetes son perdidos durante la transmisión.
El buffer de paquetes almacena temporalmente datos antes de proveerlos al
reproductor de medios. Esto crea el tiempo necesario para sincronizar los paquetes y
para hacer la petición de reenvío y reemplazar los paquetes perdidos durante la
transmisión.
82
Figura 2.9 Almacenamiento de paquetes [6]
2.3.3 DISTRIBUCIÓN
En esta etapa se distinguen las siguientes etapas:
•
Red de transporte de alta capacidad
•
Direccionamiento del contenido
•
Servidores Locales
•
Conversión de última milla
La red de transporte ha de ser de alta capacidad para permitir el flujo bidireccional de
datos, controlar los datos de sesiones, la facturación de los clientes, etc. Lo más
importante es la alta capacidad de transferencia para poder ofrecer buena calidad a
los clientes. En la red del proveedor del servicio se usan estándares como Gigabit
Ethernet.
2.3.4 RED DE ACCESO
En esta red se encuentra los siguientes elementos:
•
Módem
•
Caja decodificadora
•
Televisión o PC
83
La red de acceso es el punto donde termina la red del proveedor y comienza el
equipo del usuario. En este punto hay un dispositivo encargado de decodificar la
información para poder verla en un televisor convencional. El software se encarga de
proporcionar al usuario los servicios a través de un sistema de menús en la pantalla
de su televisor. Permite la interacción entre el cliente y el sistema.
2.3.5 SOFTWARE
En esta etapa se distinguen las siguientes subetapas:
•
Administración del contenido
•
Facturación
-
Administración de sesiones
-
Compra de contenido
El Software es el responsable de presentar algunas funcionalidades del servicio al
usuario final, de modo gráfico y amigable, como la guía de programación interactiva
que corre en la caja digital del suscriptor, la creación de ofertas de servicios y su
respectiva entrega en la red de distribución, administración de interacciones con el
cliente y cualquier sistema de administración y/o protección de derechos/copia digital.
2.4 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE IPTV
El proceso de transmisión de la televisión sobre IP puede comenzar desde un
servidor donde esté almacenado el video, desde una transmisión en vivo o puede ser
una señal satelital. Para convertir la señal de la fuente en datos digitales, debe pasar
por un codificador, luego estos datos digitales son encapsulados en paquetes IP.
Antes de ser distribuidos al usuario final, la señal de IPTV debe ser encriptada; luego
es transmitida para llegar a un Sep Top Box que convierte los datos digitales en
señal analógica para que pueda ser interpretada por el televisor.
84
Figura 2.10: Esquema de IPTV [36]
2.4.1 ELEMENTOS DEL SISTEMA IPTV
El sistema IPTV es básicamente un sistema de distribución de televisión que hace
uso de las redes IP para entregar múltiples canales de audio y video.
Una red de televisión IP está constituida por los siguientes bloques principales:
• HeadEnd (HE),
• Video bajo demanda (VoD),
• Middleware (MW),
• Sistema de control de derechos (DRM),
• Set Top Box (STB),
• Home Gateways (HG),
• Servidores para la gestión de la red y de las direcciones IP de los STB.
2.4.1.1 HeadEnd
Como se mencionó en el capítulo I, en el HeadEnd o cabecera se concentra el
conjunto de elementos que incluyen las funciones de recibir las señales en vivo
85
(transmitidas vía satélite o provistas por fuentes de contenido local) y convertirlas al
formato necesario para su transmisión por la red y su posterior recepción por los
STB67. En la Figura 2.11 se muestra el sistema HeadEnd en donde se agrupan varias
fuentes de información, se decodifica, selecciona y retransmite programación de
video a la red de distribución IP.
Figura 2.11 Sistema HeadEnd [6]
En el HeadEnd se encuentran los receptores integrados que combinan varias
funciones receptoras, decodificadoras, desencriptadoras en un solo montaje.
Después de que el HeadEnd recibe, separa y convierte las señales entrantes en
nuevos formatos estas son seleccionadas y codificadas (conversión a paquetes) para
ser enviadas al sistema distribuidor de paquetes IPTV. Las señales de video son
codificadas para prevenir el uso no autorizado de las mismas, antes de que sean
enviadas al sistema de cable distribuidor. Los HeadEnd locales pueden estar
conectados a HeadEnd regionales que a su vez pueden estar conectados a un súper
HeadEnd. Para reducir el costo de un sistema IPTV, los sistemas HeadEnd pueden
ser compartidos por varios sistemas de distribución.
2.4.1.1.1 COMPONENTES DEL HEADEND IP
2.4.1.1.1.1 Receptor Decodificador Integrado (IRD)
67
STB: Set Top Box.
86
Es un equipo capaz de recibir, decodificar, desencriptar y convertir las señales
emitidas (como las de un sistema de satélite) a una forma que pueda ser transmitida
o usada por otros equipos.
Los IRD son usados para demodular y desencriptar los flujos de transporte multiprogramas (MPTS) de una antena satelital. El IRD tiene un receptor que puede
seleccionar y demodular un canal específico. El decodificador divide los canales
entrantes en sus partes componentes. El desencriptador puede convertir la
información encriptada en un formato que el sistema pueda usar. Un convertidor de
interface puede cambiar el formato del medio para que sea utilizado por otros
dispositivos.
El IRD recibe señales provenientes ya sea de un receptor satelital o de una red de
datos, procesa esta información y entrega a la salida señales de video análogo o a
su vez señales digitales de alta definición, las mismas que serán entregadas a
conexiones de datos IP de alta velocidad.
2.4.1.1.1.2 Receptor Off-Air
Un receptor off-air es un equipo que contiene un sintonizador, demodulador y
decodificador para señales de televisión análogas o digitales. Este tipo de receptores
son usados en sistemas de televisión por cable para recibir canales emitidos
localmente haciendo posible retransmitirlos por el sistema de televisión. Se menciona
este equipo, puesto que en algunos países puede ser un requerimiento regulatorio el
tener que transmitir canales de televisión local en los sistemas de IPTV.
El receptor off-air contiene un sintonizador que permite seleccionar un canal
específico de televisión. Estos pueden ser simples sintonizadores de televisión
análoga (NTSC, PAL o SECAM) o pueden ser capaces de demodular y decodificar
canales de televisión digital (TDT).
87
2.4.1.1.1.3 Switch de Paquetes
Dispositivo utilizado para enviar y recibir paquetes en una red de datos. Éste equipo
recibe el paquete de datos, lee la dirección destino, busca en su base de datos, y los
envía al destino correspondiente. Es usado en un HeadEnd de IPTV para seleccionar
y enviar paquetes desde un flujo de programas de televisión a su destino en el
sistema IPTV. El destino de estos puede ser un servidor o un hub de medios que
redistribuye el flujo de paquetes a un grupo de receptores o a un aparato visual
individual como un cliente que este viendo un video o programa bajo demanda.
3.4.1.1.1.4 Manejo de Contenidos
Equipo que cumple funciones similares a las realizadas en la etapa de adquisición
detallada en la arquitectura de la red IPTV. Es decir, recepta contenidos, los procesa,
digitaliza, codifica y encripta. Luego de que el contenido es adquirido o está siendo
transferido, es adaptado y almacenado en servidores de video inicial, este contenido
puede ser posteriormente editado. La adquisición de contenido puede requerir
licencias, costos asociados y restricciones de mismo. Los términos de licenciamiento
de contenido pueden definir el tipo específico de sistema (cable, Internet o video, el
área geográfica donde se transmitirá el contenido, los tipos de usuarios así como
también las limitaciones específicas de uso, como el número de veces que se puede
transmitir un programa por mes. El sistema de adquisición de contenido se conecta a
un sistema de facturación para calcular los costos de derechos de autor y otros
costos por los medios. A su vez este equipo se encarga de la generación de la guía
de programación.
2.4.1.1.1.5 Sistemas de Playouts
Sistemas usados para seleccionar y asignar programas en cierto orden y en
determinados espacios de tiempo, en los canales de televisión que van a ser
mostrados a los usuarios. Además, pueden ser capaces de seleccionar eventos
88
primarios o secundarios. Los primarios son los programas que van a ser transmitidos,
los secundarios son medios que se usan o combinan con los primarios, por ejemplo:
la inserción de logos, despliegue de texto, montaje de audio o efectos especiales.
2.4.1.1.1.6 Almacenamiento de Activos
El almacenamiento de activos se usa para guardar medios o datos de importancia en
sistemas de memoria los mismos que son configurados en una estructura jerárquica
para permitir la coordinación de medios guardados. Algunos de los diferentes tipos
de almacenamiento incluyen memoria cache, memoria en línea, casi en línea y fuera
de línea (Offline).
2.4.1.1.1.7 Procesamiento de Contenido
Sistema que hace referencia a la adaptación, modificación o combinación de medios
en otros formatos. Este proceso puede incluir: procesamiento de gráficos (requerido
para integrar imágenes con el programa de fondo), codificación del contenido
(manipulación de la información o de los datos para cambiarlos a otros formatos),
compresión de medios (para reducir el ancho de banda) y transferencia de códigos.
2.4.1.1.1.8 Inserción de Anuncios
Para insertar un anuncio se puede basar en un método que es introducir un tono el
cual indica el inicio de un espacio publicitario en un programa. Cuando los medios
entrantes son recibidos por el equipo de montaje, éste anuncia al servidor de
anuncios que un medio de publicidad es requerido.
El servidor de medios coloca estos datos en el programa que lo requiere. El flujo
resultante con el nuevo anuncio es enviado a los usuarios por el sistema distribuidor.
89
2.4.1.2 Video Bajo Demanda
El Sistema de video y audio bajo demanda, es el sistema encargado de almacenar y
transmitir a la red videos y pistas de audio que podrán ser solicitados por los clientes
para ser recibidos a demanda.
2.4.1.3 Middleware
Sistema cuyo objetivo es soportar la entrega de servicios de IPTV. El Middleware
define y coordina la forma en que el usuario interactúa con el servicio de IPTV, y
soporta la interacción de los distintos servidores de aplicaciones con el HeadEnd.
El Middleware también podrá contar con un módulo de prestación de servicios. El
Middleware constituye una especie de servidor de portal que es accedido y utilizado
por una aplicación “cliente” que se ejecuta en el STB.
2.4.1.4 Sistema de control de derechos
El sistema de control de derechos será el que se encargará de la encripción de los
contenidos de modo que no se vulneren los derechos de propiedad intelectual de los
contenidos al ser transmitidos en la red.
2.4.1.5 Set Top Box
Los STB serán los equipos que se conectarán con el TV del cliente. Deberán
decodificar las señales para que se transportan como flujos de información
multimedia sobre el protocolo IP para hacerla compatibles con una TV.
90
Cada STB deberá disponer de un control remoto el cual será utilizado por los clientes
para enviar las órdenes al sistema.
2.4.1.6 Home Gateways
Los “home gateways” serán los que permiten mapear diferentes calidades de
servicio.
Así, una entrada es para conectar la red residencial de Internet (basada en servicios
de mejor esfuerzo) y la otra para conectar a los STB de IPTV, que requieren de
calidad de servicio.
2.4.1.7 Servidores para la gestión
Finalmente, se deberá contar con un Sistema de Gestión que permita realizar las
tareas de Operación y Mantenimiento de los distintos elementos del sistema.
En la Figura 2.12 se muestra la topología del sistema IPTV mencionado:
Figura 2.12: Topología del sistema IPTV [33]
91
2.5 ARQUITECTURA DE REFERENCIA DE UNA RED IPTV PARA EL
DISEÑO DEL PRESENTE PROYECTO [33]
A continuación se muestra la arquitectura de referencia de una red IPTV según
ATIS68:
Figura 2.13 Arquitectura de referencia para IPTV [33]
Como se aprecia en la figura anterior, en esta arquitectura se definen los siguientes
puntos de referencia:
• SHE (Super Head End)
• VHO (Video Hub Office)
• VSO (Video Serving Office)
• DNG (Delivery Network Gateway)
2.5.1 SHE (SUPER HEAD END)
68
ATIS: Alliance for Telecomunications Industry Solutions.
92
Sitio donde se reciben las señales de broadcast desde diferentes medios, se
agregan, se procesan, codifican y desde allí se distribuye al resto de la red. También
puede ser un punto donde se realice un almacenamiento primario de contenidos a
demanda.
2.5.2 VHO (VIDEO HUB OFFICE)
Sitio desde donde se distribuyen los contenidos a grupos definidos de usuarios
finales a través de la red de agregación (también denominada Metro).
2.5.3 VSO (VIDEO SERVING OFFICE)
Sitio desde donde se accede a los usuarios a través de las redes de acceso. En este
punto se ubican típicamente los nodos de agregación y equipos de acceso (DSLAMs,
PON).
2.5.4 DNG (DELIVERY NETWORK GATEWAY)
Equipo de red que se instala en la casa del cliente. Tiene una interface WAN hacia la
red del Proveedor de Servicio (típicamente Ethernet 10/100 Mbps que se conecta al
equipo terminal del acceso, por ejemplo módem DSL) y una interface LAN hacia casa
del cliente.
Entre los puntos de referencia mencionados, se definen segmentos (Figura 2.14) que
se corresponden con la arquitectura general para streaming de video, teniendo así
las siguientes correspondencias: segmento de acceso/capa de acceso, segmento de
93
agregación o metro/capa de agregación, segmento de core/capa de core. Cabe
destacar que en esta arquitectura no se tiene la capa de distribución, pero las
funciones de los equipos en esta capa están incluidas en el VHO.
Figura 2.14 Segmentación de la arquitectura de IPTV [33]
Existen varias alternativas para el transporte en la red de agregación. Para fines del
presente proyecto, la alternativa utilizada será Ethernet sobre MPLS (MultiProtocol
Label Switching). Con MPLS en la red de agregación es posible conectar servicios
Ethernet punto a punto y servicios Ethernet punto a multipunto o multipuntomultipunto.
La elección de la tecnología MPLS brinda escalabilidad, seguridad, rápida
recuperación ante fallos y facilidades de OAM (Operación, Administración y
Mantenimiento).
2.6 APLICACIONES QUE OFRECE EL SISTEMA IPTV
94
2.6.1 PORTAL DE TV
La capa Aplicación del sistema IPTV es el Middleware. Éste es el encargado de
administrar la solución completa uniendo las distintas aplicaciones para crear un
conjunto de servicios que serán suministrados, controlados y facturados de acuerdo
a las definiciones del prestador del servicio.
A manera de facilitar a los usuarios el acceso a los servicios de IPTV, el middleware
dispone de un portal de TV. En él se puede encontrar un menú principal con el fin de
que los STB presenten a los suscriptores los diversos servicios y aplicaciones de
middleware disponibles.
Figura 2.15 Portal de TV que dispone Middleware [34]
2.6.1.1 Guía Electrónica de Programación (EPG)
La guía electrónica de programación (EPG) es una de las herramientas principales
que dispone el sistema IPTV. Consta básicamente de una agenda donde se presenta
la programación prevista de los canales en vivo contratados. El alcance de la misma
es de 7 días. A diferencia de la TV Guía (revista mensual que se hace llegar al
usuario), la EPG constituye una manera más fácil y ágil en lo que respecta al cambio
de canales. Existe un botón específico en el control del STB para ingresar a ella.
95
La EPG es configurada por el operador. Navegando por ella se puede acceder a una
información más amplia de los programas actuales, pasados o futuros como:
sinopsis, duración, género, origen; director, actores entre otras cosas. En la Figura
2.16 se puede apreciar la interfaz de la EPG:
Figura 2.16 Interfaz de la EPG [34]
2.6.1.2 Personal Video Recorder (PVR)
El PVR (Personal Video Recorder), permite a los suscriptores del servicio de IPTV la
grabación de programas en vivo para ser reproducidos posteriormente emulando las
funcionalidades de un video grabador. Durante la reproducción se dispondrá las
funciones de Play, Pause, Stop, REW (reversa), FF (avance rápido).
Dependiendo de la solución de IPTV que se adopte, el almacenamiento de los
programas grabados pueden realizarse esencialmente de dos modos. En discos
rígidos que pueden disponer STB de gama alta o en discos rígidos que se dispongan
en la red para este fin.
En caso que se utilice como recurso de almacenamiento discos rígidos en la red
(llamado en algunos casos Network PVR) se tiene la ventaja que los mismos son
compartidos por todos los clientes, provocando un mayor aprovechamiento de este
96
recurso. Además, aplicando esta técnica, se deja menos expuesto el contenido a la
piratería.
Si se almacena lo grabado con el PVR en discos rígidos ubicados en los STB, se
tiene la limitante que solamente podrán hacer uso de la facilidad los suscriptores que
tengan acceso al costo de un STB de alta gama (con disco rígido). En contraste al
tipo de almacenamiento anterior, esta modalidad, no provoca el exceso de tráfico en
la red como ocurre con el network PVR.
2.6.1.3 Time Shift TV (TSTV)
El TST (time Shift TV) o pausa de TV en vivo es una novedosa funcionalidad que
permite “congelar” una imagen de un programa en vivo o repetir (Replay) alguna
escena que fue reproducida recientemente. Luego de la pausa o replay se puede
continuar viendo el programa que se está transmitiendo en vivo pero desfasado en el
tiempo de acuerdo a la duración de la pausa o replay que se hubiera hecho.
A esta funcionalidad también se accede con un botón especial del control remoto del
STB.
La implementación de esta funcionalidad se basa en almacenar en discos rígidos un
tiempo estipulado de la programación en vivo que se esté presenciando. Esa
“porción de historia” de programa permitirá realizar un replay de lo ocurrido como
máximo en ese tiempo almacenado o permitirá que durante la pausa o reproducción
de replay se almacenen las escenas que se continúan emitiendo en el canal en vivo.
En el caso que se almacene en discos rígidos de la red, el exceso de tráfico puede
llegar a ser muy grande si no se controla esta funcionalidad. Por ejemplo, en caso de
que se esté transmitiendo un evento deportivo, muchos usuarios requerirán al mismo
tiempo la repetición de una misma escena provocando esto un pico de tráfico en la
red. Por otro lado, si existen muchos usuarios que estén viendo un programa
desplazado en el tiempo también penalizaría la red salvo que se disponga de discos
rígidos en los STB.
97
2.6.2 APLICACIONES DISPONIBLES EN IPTV
Las aplicaciones que puede ofrecer el sistema IPTV vienen dadas en función de la
Tipología de servicios de los mismos. Es así que, se tiene los siguientes tipos de
servicios:
• Broadcast (actualización periódica)
• Interactivo
• Transaccional
2.6.2.1 Broadcast (Actualización Periódica)
Figura 2.17: Aplicaciones de Broadcast (actualización periódica) [35]
Dentro de este grupo servicios se encuentran las siguientes aplicaciones:
• Video On Demand (VOD)
Mediante el servicio de VOD (video on demand) el sistema de IPTV permite arrendar
películas para ser visualizadas por los suscriptores. Estas están almacenadas por el
operador y pueden ser reproducidas cuando las solicita el suscriptor generalmente a
un costo adicional al paquete contratado.
98
El operador clasifica aquí la EPG las películas que dispone. Cada película es
acompañada por información de: sinopsis, año, género, director, actores entre otros
datos.
• Near Video on Demand (NVOD)
El NVOD (Near Video On Demand) es una alternativa al video on demand. Debido a
que para el video on demand cada suscriptor inicia la visualización de la película a
tiempos distintos no es posible economizar el uso de ancho de banda en la red en
este tipo de aplicaciones.
En caso de películas que son muy vistas (estrenos, lanzamientos, etc.) se puede
tener la alternativa de emitir la misma como un canal más. De este modo varios
clientes estarán sincronizados con una misma emisión y se puede ahorrar en uso de
ancho de banda de la red. El inconveniente de esta alternativa se da porque los
clientes se deben adaptar a los horarios que se inicia la emisión de cada una de
ellas. Para minimizar el problema se puede tener varias emisiones de la misma
película separadas por ejemplo cada media hora en distintos canales.
• Pay Per View (PPV)
Mediante el servicio PPV (Pague Por Ver) se brinda a lo suscriptores la facilidad de
contratar la posibilidad de ver un programa en particular. Es una característica que
generalmente es utilizada para eventos deportivos o conciertos que están siendo
emitidos en vivo. La modalidad conjuga características de transmisión de TV en vivo
y exige una contratación del contenido como en los casos de VOD o NVOD.
2.6.2.2 Interactivo
99
Figura 2.18: Aplicaciones Interactivas [35]
Como su nombre lo indica son aplicaciones interactivas entre el usuario y el
middleware. Entre estas aplicaciones se tiene:
• Compras
Como el sistema incluye un PIN para la compra de servicios también se puede
extrapolar para la compra de otros artículos.
Puede haber canales especiales para esto o sencillamente opciones de menú para
compra de comida rápida, medicamentos, entradas a conciertos, etc.
• Web TV y E-Mail
Algunas implementaciones de IPTV incluyen la capacidad de contar con un acceso a
Internet desde el STB. Esta funcionalidad permite que un cliente que no dispone de
un PC pueda navegar por Internet desde su televisor. .
El principal inconveniente de este servicio es el que la pantalla de los televisores no
cuenta con la misma calidad que la de los monitores por lo que la visualización de
una página WEB diseñada para ser vista en el monitor de un PC, con una resolución
100
igual o mayor a 800x600 píxeles, va a ser visualizada parcialmente en un TV
resultando en inconvenientes de desplazamiento.
Del mismo modo es posible que se cuente con un cliente de correo que permita
revisar y enviar correos desde un TV.
• Juegos
Dado que el crecimiento de la industria de los juegos tiene un futuro prometedor, las
plataformas de IPTV pueden incluir juegos para la TV.
A pesar de que en la actualidad sólo se ha implementado juegos sencillos, la
potencialidad que existe es muy grande y los fabricantes de STB están trabajando
para disponer de STB que funcionen como consolas de juegos.
2.6.2.3 Transaccional
• Consulta de factura
Es posible implementar esto con la factura del servicio de IPTV o con otras facturas
de otras cuentas.
• Pago de facturas/cuentas
Es un modo más de pago/compra que integra la consulta de factura con el
mecanismo de pago.
• Votación
101
Es una opción que puede ser fácilmente implementada y puede ser aprovechada en
programas de noticias o de entretenimientos.
• Apuestas
El mecanismo de pago permite implementar esta facilidad. Puede ser creado para
apostar en resultados de eventos deportivos que se televisarán o como un modo de
juego.
Figura 2.19: Aplicaciones del tipo Transaccional [35]
102
CAPÍTULO III
DISEÑO DE UNA RED DE VIDEO IP CON ARQUITECTURA
REDUNDANTE PARA LA EMPRESA TVCABLE
3.1 ANTECEDENTES
Actualmente la red de televisión digital de Grupo TVCable, presenta la siguiente
estructura:
Figura 3.1: Arquitectura actual de la red de televisión digital [22]
Esta arquitectura, podría presentar falencias en porcentajes de disponibilidad, ya que
no existe redundancia entre las rutas.
Por otro lado, el video transportado entre el HeadEnd y la red HFC, continúa en RF
bajo modulación QAM69.
69
QAM: combinación de modulación en fase y en amplitud. En QAM se aprovecha el hecho de que es
posible enviar simultáneamente dos señales diferentes sobre la misma portadora, utilizando dos
réplicas de la misma desplazadas entre sí 90°. En Q AM cada una de las dos portadoras es modulada
usando ASK. Las dos señales independientes se transmiten sobre el mismo medio.
103
3.2 ANÁLISIS DE LA ACTUAL INFRAESTRUCTURA INSTALADA EN
EL GRUPO TVCABLE SOBRE LA CUAL SE PROPONE EL DISEÑO
Por las razones mencionadas en el apartado anterior, se propone la conversión de
video sobre IP debido a que se podría aprovechar las ventajas de la televisión digital
siendo éste el primer paso para la futura implementación de IPTV.
La transmisión de televisión sobre redes IP brinda las siguientes ventajas:
• Flexibilidad de transmisión en redes híbridas (terrestre, par telefónico, cable y
satélite).
• Eficiencia en el uso de ancho de Banda.
• Mejora en la calidad del video (variable según el ancho de banda).
• Transmisión Multicast, permitiendo el envío de video
a múltiples destinos
simultáneamente.
• Direccionamiento de transmisiones (VoD), posibilidad de control en el envió de
señal a varias sitios de acuerdo a la necesidad y servicios ofrecidos.
En base a las ventajas que presenta la transmisión de televisión sobre redes IP se
propone la siguiente solución que cuenta con un diseño tanto para HeadEnd con
salida de video sobre IP así como también la respectiva configuración a
implementarse en HUBs.
En cuanto al anillo redundante, se utilizará la red MPLS para el transporte del video
en IP hacia los HUBs en conjunto con los tráficos de Internet, Telefonía y de control.
En la Figura 3.2 se muestra la estructura del diseño mencionado:
104
Figura 3.2: Estructura del diseño propuesto
3.3 DISEÑO DE LA RED PLANTEADA PARA LA TRANSMISIÓN DE
VIDEO IP
Figura 3.3: Infraestructura planteada
105
En la primera etapa se recopila el contenido para integrar la oferta programática; en
la segunda se encuentran los servidores para almacenamiento de video; la tercera se
ocupa de la distribución de las señales a través de la red de transporte de alta
capacidad y, por último, la red de acceso entrega el contenido al usuario, que lo
puede visualizar en su terminal.
3.3.1 REQUERIMIENTOS FÍSICOS DE LA RED DEL GRUPO TVCABLE
En base al diseño indicado en el apartado anterior, es necesario considerar los
requerimientos físicos de la red a utilizarse. Actualmente, la Red Actual del Grupo
TVCable cuenta con las siguientes capacidades:
- Red de Core: 10 Gbps
- Red de Distribución: 1Gpbs
- Red de Acceso: 100 Mbps
Las capacidades mencionadas son suficientes para brindar el servicio de IPTV en el
sector, sin embargo, si el servicio fuese brindado en todo el distrito metropolitano,
sería necesario considerar el incremento de estos valores pudiendo ser los
siguientes:
- Red de Core: 40 Gbps
- Red de Distribución: 10 Gbps
- Red de Acceso: 1 Gpbs
3.3.2 NÚMERO DE USUARIOS Y ANCHO DE BANDA PROMEDIO POR
USUARIO
Para determinar el número de usuarios asociados al MPLS San Rafael, se utilizó la
herramienta ANMS, en donde se puede apreciar los usuarios configurados en cada
equipo DSLAM que pega al MPLS San Rafael.
106
En la Figura 3.4 se muestran los equipos DSLAM conectados al MPLS San Rafael
entre los que se tiene: DSLAM San Rafael y DSLAM Sangolquí.
Figura 3.4: Equipos DSLAM asociados al MPLS San Rafael [22]
Mientras que en la Figura 3.5 se tiene un esquemático de la herramienta ANMS en
donde constan los clientes configurados en cada DSLAM. De lo analizado, se tiene
un total de 98 clientes distribuidos de la siguiente forma: DSLAM San Rafael: 47
usuarios y DSLAM Sangolquí: 51 usuarios
Figura 3.5: Clientes configurados en los DSLAM asociados al MPLS San Rafael
[22]
107
IPTV se ha convertido en la denominación más común para los sistemas de
distribución por suscripción de señales de televisión y/o video usando conexiones de
banda ancha sobre el protocolo IP. A menudo se suministra junto con el servicio de
conexión a Internet, proporcionado por el operador de banda ancha sobre la misma
infraestructura pero con un ancho de banda reservado para tal propósito (tal es el
caso del Grupo TVCable). Por ello, se requiere un mínimo de al menos unos 4 Mbps
para poder recibir la señal de TV comprimida según el formato MPEG-2 o MPEG-4,
algo que se consigue fácilmente con los nuevos estándares de ADSL, como son
ADSL2 y ADSL2+, que pueden llegar hasta 20 Mbps en bajada, sobre el bucle de
abonado, si la distancia a la central telefónica que provee el servicio no es muy
elevada.
La capacidad estimada para servicios IPTV se asume entre 1 y 2 Mbps por cada
canal de definición estándar (SDTV) y 7-8 Mbps por cada canal de alta definición
(HDTV). Para dos canales simultáneos el ancho de banda bruto resultante es de 2-4
Mbps para un servicio básico u 8-10 Mbps si se incluye un canal HDTV. A esta
capacidad habrá que añadirle el ancho de banda contratado para la conexión a
Internet que por bajo que sea ya implica la necesidad de manejar tasas de acceso de
muy alta capacidad como se muestra en la tabla 3.1:
SERVICIO
Paquete básico (2 canales
SDTV)
Paquete básico con 1
canal SDTV+1 canal HDTV
CONEXIÓN A
CAPACIDAD TOTAL
INTERNET
REQUERIDA
2-4 Mbps
1 Mbps
3-5 Mbps
8-10 Mbps
2Mbps
10-12 Mbps
TASA BÁSICA
Tabla 3.1 Ancho de banda por usuario para IPTV
Inicialmente se tiene una proyección de distribución de la señal de IPTV a un
promedio de 50 usuarios por nodo. Así, con 50 suscriptores y tomando como
108
referencia un consumo de 5 MB por cada uno para el caso de SDTV, se obtiene un
total de 250 Mbps, lo cual está dentro de los niveles aceptables ya que la conexión
entre la Red de Distribución y la Red de Core tiene una capacidad de 10 GB.
El paquete de canales a implementarse para la oferta de este servicio en el sector de
San Rafael es el paquete Super Premium que contiene 96 canales de televisión por
el precio de $41.20 mensuales. Se eligió este paquete de canales puesto que el
paquete superior a este, contiene canales de música (sin video) adicional a los
canales incluidos en el paquete Super Premium.
De esta manera, cualquier usuario que actualmente tenga una conexión a Internet
con el Grupo TVCable puede hacer uso del servicio de IPTV, siempre y cuando su
Ancho de Banda contratado sea 5 Mbps o mayor, o a su vez, solicitar un incremento
del mismo, al proveedor.
Dentro de este paquete se tiene los siguientes canales mostrados en la Figura 3.6:
109
Figura 3.6: Canales incluidos en el Paquete Super Premium [22]
110
3.3.3 ESTRUCTURA Y EQUIPAMIENTO NECESARIO PARA LA RED IPTV DEL
GRUPO TVCABLE
Como se pudo apreciar en la Figura 3.3, la red planteada está formada por las
siguientes redes: Headend, Red de Core o Backbone, Red de Distribución, Red de
Acceso y Red de Usuario.
Esta arquitectura requiere de etapas en las que se recopila el contenido para integrar
la oferta de programación, servidor para almacenamiento de video, distribución de
las señales a través de la red de transporte de alta capacidad (en este caso
utilizando la tecnología MPLS) y finalmente la red de acceso para entregar el
contenido al suscriptor.
Las etapas de adquisición y servidores se localizan en la cabecera (HeadEnd) del
sistema.
Para digitalizar, codificar y comprimir el video se requieren codificadores que además
permiten que el flujo de video pueda ser transportado por IP y recibido por la caja
decodificadora del suscriptor. El codificador denominado comúnmente como códec
es un dispositivo o módulo de software que habilita la compresión de video digital,
típicamente sin pérdidas.
La red de transporte de alta capacidad permite la transmisión bidireccional del
contenido, control de sesiones, autenticación de suscriptores y generación de datos
de facturación. En este caso se utiliza la tecnología MPLS ya que esta se encuentra
implementada en la empresa, ésta red cuenta con alta capacidad de transferencia de
información capaz de soportar tasas de transmisión estables y ofrecer calidad de
servicio a los suscriptores. Los equipos MPLS permiten extender el alcance de las
redes de acceso. Está ubicado en la capa 4 del Sistema OSI y permite aplicar
Calidad de Servicio (QoS) y Clases de Servicio (CoS).
111
Como se puede observar en el modelo planteado en la Figura 3.3, se utilizará dentro
de la red de distribución la red de transporte MPLS por tener alta capacidad de
transferencia así como también por tener redundancia entre sus nodos al estar
conectados mediante un anillo de fibra óptica. Así, en base a la Figura mencionada,
se puede apreciar que si se ve afectada la ruta HeadEnd – San Rafael, ésta se verá
respaldada por la ruta HeadEnd Cumbayá.
Estos
anillos
basados
en
tecnología
MPLS,
permiten
brindar
localmente
disponibilidades de los servicios cercanas al 100%, ya que al momento de ocurrir
alguna falla en alguna ruta, el servicio se restablece a través de la otra dirección
activa en el anillo y utilizando la inteligencia de los equipos de detectar las rutas en
falla y las rutas activas.
La Red MPLS local de Quito se ha diseñado para tener la mejor cobertura de toda la
ciudad. Las conexiones hacia el HeadEnd UIO tienen redundancia por dos rutas de
fibra óptica separadas físicamente.
La red de transporte MPLS del Grupo TVCable se ha desarrollado con el objetivo de
entregar servicios basados en la tecnología IP y de alta velocidad y con gran
disponibilidad para poder entregar de manera rápida y oportuna, circuitos por fibra
óptica a velocidades de 1 Gbps, 100 Mbps y 10 Mbps, en las principales ciudades del
país.
En particular las soluciones de alta velocidad MPLS, se caracterizan por entregar al
puerto soluciones en IP (Internet Protocol) optimizando las configuraciones del
equipo del cliente, permitiendo administrar más fácilmente las configuraciones de
redundancia, y facilitando los enrutamientos e interacción de la red del Grupo
TVCable con la redes de los clientes.
La red multiservicios MPLS está en capacidad de brindar a los clientes servicios en
Capa 2, o sea equivalentes a Clear Channel, en tecnología IP, además de dar
112
servicios en Capa 3, completamente administrados para los clientes que deseen este
tipo de productos.
En TVCable, este sistema, es usado como la red de backbone que permite el
desarrollo de las redes de acceso para servicios de Datos, Internet y Telefonía y
además facilita la interacción con las plataformas de las demás redes acceso de la
Red de TVCable, como SDH, Wimax y DSLAM.
Para la red de acceso se utilizará la red DSLAM basada en la tecnología ADSL. El
DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer,), es un equipo que contiene
algunas tarjetas las mismas que poseen varios puertos que a su vez sirven como
módems, concentrando así los equipos y el tráfico.
Las líneas de transmisión digital envían información digital a gran velocidad usando
como medio de transmisión generalmente el par de cobre, el mismo que es un
portador de señales análogas que son moduladas por la señal digital.
ADSL, Asymmetric Digital Subscriber Line (Línea de Abonado Digital Asimétrica) es
un tipo de línea DSL y consiste en una línea digital de alta velocidad, apoyada en el
par simétrico de cobre que lleva la línea telefónica convencional o línea de abonado,
siempre y cuando el alcance no supere los 5,5 km. medidos desde la Central
Telefónica.
Esta tecnología de acceso a Internet de banda ancha, implica transmitir más datos a
parte de las llamadas telefónicas, lo que, a su vez, se traduce en mayor velocidad.
Esto se consigue mediante la utilización de una banda de frecuencias más alta que la
utilizada en las conversaciones telefónicas convencionales (300- 3.400 Hz) por lo
que, para disponer de ADSL, es necesaria la instalación de un filtro llamado splitter
que se encarga de separar la señal telefónica convencional de la que será usada
para la conexión mediante ADSL.
Los sistemas DSL tienen tasas de transmisión que van desde 1 Mbps a 52 Mbps.
Poseen conexiones dedicadas entre sistemas de módems de acceso a líneas de
113
subscripción digitales (DSLAM) y el Modem DSL del usuario. Múltiples líneas DSL a
la misma dirección (múltiples pares de cables) pueden ser combinados para proveer
tasas de transmisión de datos sobre los 100 Mbps.
En el caso de la transmisión de datos para televisión IP el sistema se maneja
principalmente desde el sistema al usuario por lo que se usa sistemas asimétricos
ADSL. Esta tecnología se denomina asimétrica debido a que la velocidad de
descarga (desde la Red hasta el usuario) y de subida de datos (en sentido inverso)
no son iguales. En una línea ADSL se establecen tres canales de comunicación, que
son el de envío de datos, el de recepción de datos y el de servicio telefónico normal.
Debido a que el par de cobre que utiliza DSL no transfiere adecuadamente las
señales de alta frecuencia (mayor pérdida de señales a mayor frecuencia) la
distancia máxima de transferencia en DSL es limitada. La distancia máxima típica de
operación de los sistemas DSL es de 3 km a 3.6 Km aproximadamente de distancia
del DSLAM, lo que también acarrea una reducción en la tasa de transmisión de datos
a medida que la distancia hacia el DSLAM crece. Mientras mayor es la distancia
entre el cliente y el DSLAM, mayor es la pérdida en la tasa de transmisión de datos.
Alcanza una velocidad descendente de 52 Mbps sobre distancias de 300 metros, y
de sólo 13 Mbps si se alarga hasta los 1.500 metros, siendo en ascendente de 1,5 y
2,3 Mbps respectivamente.
El número de televisores IP simultáneos por casa en el área de servicio geográfica
puede variar según la capacidad de transmisión de datos del proveedor. Por ejemplo,
si cada usuario de televisión IP requiere de 3-4 Mbps de transferencia de datos
comúnmente, para un operador de sistema de teléfono que usa un servicio ADSL
sensitivo a la distancia, el servicio será limitado a una televisión IP cuando las tasa
de transferencia de datos sean limitadas a 3-4 Mbps. Cuando sean mayores de 5-7
Mbps, el número de televisores IP puede subir a 2 simultáneamente, si las tasas van
de 10 a 14 Mbps se puede usar hasta 3 televisores IP a la vez.
114
Cabe recalcar que la red de acceso es el punto en el que termina la red de transporte
y comienza el sitio del suscriptor. En esta interfaz se coloca el equipo receptor o caja
decodificadora habilitada para desplegar el contenido en una televisión convencional.
3.3.3.1 DISEÑO PROPUESTO PARA EL HEADEND
El diseño propuesto se lo realizó en base a la estructura que presenta el HeadEnd
actualmente, la misma que se muestra a continuación en la Figura 3.7:
Figura 3.7: Estructura en HeadEnd actual [22]
Todos los equipos encargados de procesar la señal de televisión digital cuentan a la
salida con fuentes de video ASI, estas señales de video ingresan a los equipos SEM
para ser moduladas (mediante la técnica QAM) y encriptadas, para luego enviarlas a
la red HFC.
Dentro de este grupo de equipos se encuentran los que se detallan a continuación:
3.3.3.1.1
RECEPTOR SATELITAL
Equipo encargado de recibir la señal proveniente de la antena satelital. Los
receptores pueden recibir 1, 2 ó 4 canales a la vez, denominándose a estos dos
últimos como receptores multicanal.
115
En el HeadEnd se trabaja con receptores pertenecientes a los fabricantes Motorola y
Scientific Atlanta.
•
Receptor Satelital Motorola DSR-4400MD
El receptor DSR-4400MD de Motorola es un potente producto del HeadEnd Digital,
capaz de descifrar simultáneamente hasta 24 servicios/72 PIDs. Este equipo es
utilizado para alimentar canales ya sean estos de 256QAM o 64QAM. Con el equipo
Motorola DSR-4400MD, se puede tener salidas MPEG-2 multiplexadas a una
velocidad de 38.8 Mbps 26.97 Mbps, dependiendo de la necesidad.
Figura 3.8: Receptor Satelital DSR-4400MD de Motorola [37]
•
Receptor Satelital Scientific Atlanta
Este equipo está diseñado para aplicaciones de distribución de contenidos que
requieran decodificación de video con una estructura de muestreo 4:2:0. El receptor
ofrece la capacidad de recibir video digital cifrado, audio, datos de utilidad, VBI70.
70
VBI: Vertical Blanking Interval. Intervalo Vertical en Blanco, es la parte de la señal de televisión que
no transporta información visual, y aparece como una barra negra horizontal entre los cuadros, en
situaciones que un aparato de televisión requiere ajustes en la sintonía vertical.
116
Figura 3.9: Receptor Satelital marca Scientific Atlanta [38]
Características
o Variables tasas de transmisión de símbolos con modulación QPSK71, desde 1 a
45 Msímbolos/segundo.
o Acceso condicional haciendo uso del algoritmo DES72 (Data Encryption Standard)
para descifrar los datos.
o Estructura de muestreo 4:2:0 para decodificar señales de video en formato NTSC.
o Utiliza la técnica Dolby AC-3 para decodificar señales de audio.
o Dos pares de salida de audio estéreo balanceado.
o Herramienta de datos vía RS-232.
o VBI.
o Tonos DTMF73 y salidas de activación de señal para inserción de anuncios.
o Software de seguridad actualizable en campo.
o Panel control LCD para control y monitoreo.
3.3.3.1.2
EGT
Digitaliza la señal analógica para luego enviarla al multiplexor o al SEM. Se pueden
formar cascadas de hasta 8 EGT.
71
QPSK: Quadrature Phase Shift Keying. Es una forma de modulación en la que la señal se envía en
cuatro fases, 45, 135, 225, y 315 grados, y el cambio de fase de un símbolo al siguiente codifica dos
bits por símbolo. La modulación QPSK es equivalente a la 4-QAM.
72
DES: Data Encryption Standard. Algoritmo que toma un texto en claro de una longitud fija de bits y
lo transforma en otro texto cifrado de la misma longitud. El tamaño del bloque es de 64 bits.
73
DTMF: Dual Tone Multifrecuency. Multifrecuencia de doble tono. Tonos en diferentes hertz que
utiliza una telefonía para marcar números. Cada número u opción del teléfono tiene su tono que es
identificado en la telefonía.
117
Figura 3.10: Fotografía de un EGT [22]
El EGT es un codificador en tiempo real modular diseñado para aplicaciones de
cabecera de cable y transmisión de video. Usando la última tecnología, este equipo
ofrece un excelente rendimiento, mientras va cumpliendo con todos los estándares
de la industria. La Figura 3.10 muestra una fotografía de dicho codificador.
Este equipo se basa en el estándar de compresión de video MPEG-2, algoritmo
(4:2:0) a tasas de 1.5-15 Mbps. El EGT codifica y multiplexa señales de audio/video
MPEG-2 compatible con el flujo de transporte. El codificador consiste en un chasis
de rack montable que incluye el procesador y las tarjetas de interfaz. El EGT cuenta
con dos canales de codificación de video sobre una unidad de espacio de rack (RU).
La interfaz de usuario dispone de un diseño HTML fácil de usar que permite
configurar y administrar el equipo desde cualquier navegador Web. También soporta
administración y reporte de datos mediante el servicio SNMP74.
Características
o Ofrece codificación de video MPEG-2 en tiempo real.
o Doble Densidad: Permite un máximo de dos canales por un chasis RU.
o Ofrece una calidad superior a las tasas de bits bajas.
o Administración de parámetros mediante un navegador web.
o Salidas
Fast
Ethernet
y
DVB-ASI:
permite
una
fácil
integración
dentro de redes basadas en IP y el legado de ASI. Soporta configuraciones
unicast y multicast.
o Formatos
de
audio:
Incluye
tanto
MPEG-1
Layer
II
o
Dolby
Digital
(AC-3). (Dolby Digital (AC-3) es opcional).
74
SNMP: Simple Network Management Protocol, es un conjunto de aplicaciones de gestión de red
que emplea los servicios ofrecidos por TCP/IP.
118
o SNMP: proporciona MIB SNMP v2 para integrarse fácilmente a las herramientas
de administración de SNMP actuales.
ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO DE UNA CASCADA
En la Figura 3.11 se muestra un esquema del funcionamiento básico de una cascada
conformada por EGTs.
Figura 3.11: Funcionamiento de una cascada [22]
3.3.3.1.3
TMUX – 2010
Figura 3.12: Fotografía de un TMUX-2010 [22]
119
El TMX-2010 es una solución modular para multiplexación de servicio MPEG-2,
grooming de video, codificación de video, empalme de video, y encapsulación en el
protocolo de Internet (IP), especialmente adecuado para difusión broadcast ATSC y
distribución de transporte MPEG-2/DVB.
El TMX-2010 acepta flujos de transporte MPEG-2 empaquetados a través de
interfaces estándar, tales como DVB-ASI y UDP / IP.
Grooming es el proceso de tomar contenidos en formato digital, ya sean de difusión
satelital o terrestre, y añadir o dropear programas para adaptarlos al ancho de banda
disponible en el sistema de cable, y para adaptarse a las preferencias de
visualización de la base de suscriptores locales.
Características
o Gran Ancho de banda con la multiplexación Add/Drop.
o Multiplexación estadística75 para definición estándar (SD) y alta definición (HD).
o Para datos IP utiliza encapsulación multiprotocolo (MPE).
o Dependiendo de la configuración, el TMX-2010 puede soportar hasta: 30 entradas
ASI utilizando tres tablas de RIM-ASI y seis salidas MPEG-2.
o Tipos de salida: ASI, DHEI, SMPTE-310M, y DS3.
o Configuración SE-1010 y SE-2000 para Video / Audio.
o Sincronización al servidor NTP.
Figura 3.13: Chasis del TMUX-2010 (vista frontal) [22]
75
Multiplexación estadística: en la multiplexación estadística, un canal de comunicaciones se divide en
un número arbitrario de las secuencias de datos de velocidad de transmisión de bites variables de los
canales digitales.
120
3.3.3.1.4
VX8000
Figura 3.14: Fotografía de un equipo VX8000 [22]
El
VX8000
ofrece
la
posibilidad
de
enviar
flujo
de
transporte
MPEG
desde su origen hasta su destino a través de una red IP.
El VX8000 ofrece las siguientes ventajas:
Encapsula el flujo de transporte MPEG en paquetes IP.
Agrega los operadores DiffServ para ofrecer calidad de servicio.
Añade Forward Error Correction para disminuir condiciones no deseadas en la
red antes de enviar los paquetes IP a través de la misma.
El transmisor VX8000 recibe señales ASI o IP, y emite salidas IP a través de un
puerto Gigabit Ethernet. El receptor VX8000 recibe flujos de transporte MPEG
encapsulados en IP/UDP y, restaura al formato ASI, y los imprime a través de sus
puertos de salida ASI, o a su vez restaura al formato IP (elimina el FEC) y sale IP
a través de su puerto Gigabit Ethernet. Fecha y el formato de los paquetes TS, tal
como se recibió en la transmisión de VX8000, se conservan a través de la red y a
través del receptor VX8000.
Características
o Proceso
de
alta
densidad
de
flujo
de
hasta
ocho
puertos
ASI
que pueden ser configurados como puertos de entrada o de salida
el rendimiento total de 675 Mbps sin FEC (FEC reduce la capacidad de
rendimiento total en una cantidad que se determina por la configuración FEC
aplicada).
121
o Dos puertos Gigabit Ethernet (módulos SFP76 o conectores RJ-45) soportando
conexión eléctrica u óptica, con un puerto de protección contra fallos de los otros
puertos.
o Administración fuera de banda a través del puerto Ethernet 10/100 o
administración en banda a través del puerto activo Gigabit Ethernet.
o Cumple con las normas aplicables de video broadcast.
o Soporta la adquisición y la sincronización rápida de reloj.
o Cuando se habilita FEC, proporciona protección contra la pérdida de paquetes,
así como también la recuperación de los mismos.
o Soporta Calidad de Servicio basado en IP.
o Soporta difusión IP Multicast a través del protocolo IGMP77 v1, v2 y v3.
o Soporta administración remota vía Telnet, SNMP v1 y HTTP (Web GUI).
o Configuraciones de alimentación eléctrica flexible: disponible en 100-240VAC78 y 48VDC79.
3.3.3.1.5
HEMI
El EGT HeadEnd Micro (EGT HEMi ™) es otro equipo de enfoque inteligente para
procesamiento de video. Es la solución integrada de video digital para canales
locales. El EGT HEMi ™ es un equipo en el que se integra el codificador, multiplexor,
modulador y upconverter. EGT HEMi ™ inserta perfectamente canales codificados a
nivel local dentro de una red digital existente permitiendo a los operadores optimizar
la red agregando nuevos canales o reemplazando canales digitales existentes dentro
de un QAM. El switch bypass RF integrado protege la red contra interrupciones en el
servicio. EGT HEMi ™ habilita a los operadores a cumplir obligaciones contractuales
básicas.
76
SFP: Small Form Factor Pluggable.
IGMP: Interner Group Management Protocol. Protocolo multicast entre los host (Set-up Boxes) y
routers.
78
VAC: tensión corriente alterna.
79
VDC: tensión corriente continua.
77
122
Figura 3.15: Fotografía de un equipo HEMI [22]
Características
o Codificador multicanal que soporta de 1 hasta 8 canales.
o Modo bypass RF (a través de lazo pasivo).
o Protección inteligente QAM.
o Codificación CBR80 MPEG-2.
o Un par de codificador de audio estéreo Dolby Digital por canal de video.
o Multiplexado y remultiplexación de flujos de datos codificados.
o Administración, monitoreo y la capacidad de actualización de manera remota.
o Salidas 64 o 256 QAM (Recepción y modulación).
o Ágil downconverter y upconverter de frecuencia.
o GUI para la configuración y administración.
o SNMP basado en alarmas y traps.
o Protección de contraseña.
o Bloqueo de puertas frontales con filtros de polvo extraíble.
o Sensor y alarma interna de temperatura.
Actualmente se tiene equipos HEMI con salida en RF que digitalizan siete canales
análogos abiertos de UHF.
3.3.3.1.6
SEM
Equipo encargado de la modulación y la encripción de datos. Equipo de frontera que
permite revisar las entradas y salidas de RF.
80
CBR: señales de tasa de bit constante. Las señales CBR tienen calidad variable ya que
muchas veces la tasa de bit es insuficiente para acomodar la complejidad de la señal de video.
123
Figura 3.16: Vista frontal de un SEM [22]
Este equipo ofrece la capacidad de encriptar un gran número de servicios a través de
8 canales de cable separado en canales de 64QAM o 256QAM en una sola unidad
de rack de espacio. Con soporte para tecnologías GiEth y ASI, este diseño es un
enfoque práctico para la entrega de cientos de flujos individuales directamente a los
suscriptores. La encripción SEM es parte del galardonado Motorola MediaCipher ™
sistema de acceso condicional, que actualmente protege el contenido enviado a más
de 20 millones de suscriptores.
Características
o Tres interfaces Gigabit Ethernet (GigEth1-3).
o Tres interfaces full duplex Gigabit Ethernet compatibles con IEEE 802.3z81.
o Ocho entradas ASI (ASI 1-8) con software configurable, de las cuales cuatro (ASI
5-8) puede ser configurados como entradas o salidas.
o Dos interfaces Ethernet 10/100 Base-T (ENET1 y ENET2) compatible con IEEE
802.3u82.
o
Protocolos de red (interfaz dependiente) que consiste en: IP/ICMP/IGMP83 en la
Capa de Red, UDP/TCP en la capa de transporte, y SNMP, DHCP84, BOOTP85,
TFTP86, SNTP87, y la HTTP88 en la capa de aplicación.
o Flujo de transporte MPEG de recepción y transmisión a través de puertos Gigabit
Ethernet o ASI.
81
IEEE 802.3z: estándar sobre fibra óptica y cobre apantallado
IEEE 802.3u: 100BASE-TX, 100BASE-T4, 100BASE-FX Fast Ethernet a 100 Mbit/s con autonegociación de velocidad.
83
IP/ICMP/IGMP: Internet Protocol/Internet Control Message Protocol/Internet Group Management
Protocol.
84
DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol.
85
BOOTP: Bootstrap Protocol.
86
TFTP: Trivial file transfer Protocol.
87
SNTP: Simple Network Time Protocol.
88
HTTP: Hypertext Transfer Protocol.
82
124
o
Creación de hasta dieciséis salidas de flujo MultiPrograma de Transporte
(MPTS).
o Extracción de Información específica de programa (PSI89) para el procesamiento
interno.
o Inserción de mensajes en la salida PSI y la salida de acceso condicional (CA).
Con el objeto de obtener un HeadEnd totalmente sobre IP con el aprovechamiento
de las fuentes (equipos) con salida Ethernet que actualmente se dispone, se propone
el esquema mostrado en la Figura 3.17:
Figura 3.17: Propuesta de estructura en HeadEnd
Para las fuentes de video en ASI, se necesitará un equipo que realice la conversión
entre fuentes de video en ASI hacia IP. Este equipo es el DM 6400 Cherry Picker de
Motorola, que además de cumplir con este requerimiento, posee características
avanzadas e innovadoras para un Master HeadEnd.
89
PSI: Información Específica de Programa.
125
3.3.3.1.7
DM 6400 CHERRY PICKER DE MOTOROLA
El DM 6400 CherryPicker 6400 ofrece incomparable calidad y fiabilidad para la
creación de redes, distribución y procesamiento, tanto de señales con definición
estándar (SD) así como señales de alta definición (HD).
Ofrece amplia gama de aplicaciones de video digital, incluyendo la preparación de
listados de programas personalizados, formación de tasas y remultiplexación
estadística, inserción de anuncios digitales localizados y superposición de gráficos y
de SqueezeBack.
El DM 6400 es un chasis compacto (1RU) con cinco ranuras que pueden ser
equipadas con 4 módulos ASI o puertos GiEth. Una nueva poderosa tarjeta DSP
(opcional) ahora soporta movimiento y superposición de gráficos estáticas
SqueezeBack utilizando fuentes internas y externas a través de SDI (Serial Digital
Interface) y el número de relleno de video.
Figura 3.18: Vista frontal de un DM 6400 [22]
Características
o Programa de empalme sin fisuras y de conmutación.
o Variable número de programas por salida.
o Mínimo Configurable y una velocidad de bits máxima por programa.
o Prioridades configurables de grabado relativo entre programas.
o La inserción de anuncios digitales (opcional).
o Filtrado y reasignación de PID.
o Agregación de DVB-ASI.
o Procesamiento SI y PSI.
126
o Multiplexación estadística.
o Inserción de datos.
o Sincronización de datos y video.
o Conversión CBR a VBR90 y VBR a CBR.
o Conversión de tasa de bits de CBR a CBR, VBR a VBR.
o Soporte para SD / HD.
Además es necesario disponer de un Switch de Core GiEth robusto que concentrará
y manejará todo el tráfico de video en nuestro HeadEnd. Este switch conmutará las
fuentes de video IP hacia los SEMs actuales que se encuentra en producción y hacia
los Hubs remotos.
3.3.3.1.8
SWITCH DE CORE GiEth 4507
Figura 3.19: Switch de Core GiEth 4507 [22]
El Switch Cisco Catalyst 4507R proporciona escalabilidad sin bloqueo y con
seguridad, flexible, comunicación sin parar, permitiendo la flexibilidad de negocios
para las pequeñas y medianas empresas (pymes), y clientes Metro Ethernet
desplegando aplicaciones de negocio. Sus especificaciones técnicas se muestran en
el Anexo A.
90
VBR: señales de tasa de bit variable.
127
3.3.3.1.9
SERVIDOR DE VIDEO
El servidor de video almacena los contenidos que pueden ser solicitados por los
usuarios. Es el encargado de gestionar el servicio a los clientes, garantizando una
cierta calidad de servicio a lo largo del camino que tiene que seguir la información
desde el disco hasta los usuarios.
Un servidor de Video está compuesto por tres subsistemas: El subsistema de control,
el subsistema de almacenamiento y el subsistema de comunicación.
Figura 3.20: Estructura de un servidor de Video [15]
• Subsistema de control
El subsistema de control es el encargado de recibir las peticiones de los usuarios y
ordenar las acciones que se tienen que llevar a cabo para poder atenderlas.
Este módulo debe decidir si la nueva petición puede ser servida por el sistema sin
que ello implique un deterioro de las peticiones activas.
Estas decisiones son tomadas por la política de control de admisión en función de los
recursos disponibles en el sistema y de los requisitos de la nueva petición.
128
Otras funciones del módulo de control son la gestión de las estadísticas de utilización
del sistema (contabilidad y facturación) y realización de tareas de optimización para
incrementar la eficiencia del sistema.
• El subsistema de almacenamiento
Este módulo es el responsable de almacenar y recuperar la información multimedia
desde los dispositivos de almacenamiento. Las principales dificultades a la hora de
conseguir este objetivo estriban en el volumen de información que se debe gestionar
y que ésta debe ser entregada de acuerdo a las estrictas especificaciones de la
calidad de servicio (QOS) requeridas por las aplicaciones de video bajo demanda.
• El subsistema de entrega de comunicación
Es el encargado de planificar la inyección de los contenidos multimedia en la red de
transmisión. Este módulo se encarga de gestionar las distintas políticas de servicio
que permiten optimizar los recursos de ancho de banda de la red y del servidor.
El servidor de video en tiempo real entrega información de audio y video en formato
MPEG-TS, cada uno de estos flujos debe pasar a un dispositivo con funcionalidades
de capa 4 y 3 (router IP), para que sean segmentados y empaquetados en UDP,
posteriormente cada flujo de segmentos UDP se empaquetará en paquetes IP, como
lo indica la Figura 3.21.
Figura 3.21: Trayectoria del flujo de datos [15]
129
Para fines del presente proyecto, se utilizará la configuración centralizada puesto que
se utilizará un solo servidor de video. Esta configuración se basa en la conexión de
todas las redes de usuarios del sistema a una red principal a la cual se conecta un
servidor (ver Figura 3.22).
Figura 3.22: Arquitectura de servidor de video centralizado [15]
Para servidor de video se utilizará el equipo DELL 2950 cuyas especificaciones se
adjuntan en el Anexo B.
3.3.3.1.10 ROUTER IP
Para el router IP el puerto de salida deberá permitir una conexión directa en STMn
con el equipo MPLS, el router deberá poseer su tabla interna de enrutamiento para
dirigir la información descendente a los destinos respectivos.
El router a ser adquirido debería tener las siguientes características:
• 2 interfaces STM-4
• 2 interfaces 100/1000 Gigabit Ethernet
130
Las interfaces STM-4 para conexión con el DSLAM, y las interfaces 100/1000 Gigabit
Ethernet para conexión con el servidor IP y el servidor para software de
Administración.
El router a ser utilizado y que cumple con dichas características es el router CISCO
2801 cuyas características técnicas se especifican en el Anexo C.
3.3.3.2 ESPACIO
FÍSICO
REQUERIDO
EN
UNIDADES
DE
RACK
(1RU)
NECESARIAS PARA EL HEADEND
HEADEND
DM 6400 CherryPicker
3
Switch CORE
9
HEMI 4 channel
6
Servidor de Video
2
Router IP
2
TOTAL
22 RU
Tabla 3.2 Distribución de equipos en rack
3.3.3.3 DISEÑO A IMPLEMENTARSE EN LOS HUBS
Se tiene pensado tener un primer HUB de pruebas, el cual será en San Rafael,
proponiendo la siguiente estructura que se podría implementar para otros HUBs
remotos:
131
Figura 3.23: Diseño a implementarse en el HeadEnd San Rafael
Se requiere para cada Hub, un grupo de SEMs, un switch GiEth para la conmutación
IP entre el Hub remoto y el HeadEnd y además el equipamiento OOB (control fuera
de Banda).
El grupo de SEMs cumplirán la función de encriptación y modulación RF de la señal
de video IP, la cual finalmente será distribuida a la red HFC.
3.3.3.3.1
SWITCH CISCO CATALYST 3750
El switch Cisco Catalyst 3750 es la próxima generación de eficiencia de energía en el
Nivel 3 de switch apilables Fast Ethernet. Estos switches de Cisco soportan la
tecnología inteligente de energía, que ayuda a las empresas a administrar el
132
consumo de energía de su infraestructura de red y la red de dispositivos conectados,
reduciendo así sus costos de energía y huella de carbono.
El Cisco Catalyst 3750 consume menos energía que sus predecesores, y es la capa
de acceso ideal para las empresas, comercio minorista, y la rama de entornos de
oficina.
Aumenta la productividad y proporciona protección de las inversiones ayudando a
habilitar una red unificada de datos, voz y video.
Figura 3.24: Switch Catalyst 3750 [22]
Las especificaciones técnicas de este equipo se muestran en el Anexo D.
Con respecto a los equipos OOB, se requiere para el canal de envió (Forward), un
dispositivo OM 2000 y para el canal de retorno dependerá de la cantidad de nodos
que el HUB tenga, por lo que se podría necesitar uno o varios equipos ARPD1000.
Para el presente proyecto en el que se analiza el caso particular (Hub San Rafael),
se necesita un ARPD1000 con 6 tarjetas para el manejo de los nodos.
3.4 PROCESO DE CONTROL PARA TELEVISIÓN DIGITAL
A continuación se describen cada uno de los equipos involucrados en este proceso:
133
3.4.1 BILLING SYSTEM
Sistema
de
facturación,
contiene
información
para
aprovisionamiento
de
decodificadores, el B.S, envía tres comandos, extracción, borrado de compras y
actualización de cupo de crédito y adicionalmente realiza la recolección masiva e
individual de la información.
Figura 3.25: Esquema del proceso de control [22]
134
3.4.2 DAC-6000
Realiza el control de decos digitales para lo cual, continuamente envía refresh con
información de programación asignada a cada DCT (Cliente), este proceso se lo
denomina Uptime. Adicionalmente realiza la creación de paquetes de servicios,
eventos programados (fútbol), a partir de las 8:00 pm hasta las 10:00 pm se realiza
la recopilación de datos sobre compras realizadas por el cliente.
3.4.3 RADD
Es un servidor que contiene información de decos digitales, e interactúa tanto con el
DAC así como con OM-1000, para realizar la extracción de información de eventos
contratados por el cliente y enviarlos hacia el sistema de facturación.
3.4.4 OM-1000
Modulador de datos digitales, este equipo permite interactuar directamente con el
cliente, mediante la red HFC y por un puerto RF, las frecuencias usadas para este
tipo para realizar varios procesos son: 75.25MHz/104.2MHz. Depende de los
modelos de decos digitales.
Los procesos que son posibles realizar son los siguientes: Señal de TV, Refresh, Init,
Autorizaciones. Dentro de las actualizaciones se encuentran las siguientes
subprocesos: Guía Digital, Up Time, claves, piratería, requerimientos de compras IP
(direcciones IP que son asignadas a los decos digitales, par realizar mediciones de
ranking).
3.4.5 DECO DIGITAL
Es el equipo Terminal que se encuentra en el domicilio del cliente.
135
3.4.6 RPD Y ARPD
El primero maneja una frecuencia, mientras que el segundo maneja tres frecuencias,
8.096 MHz, 9.056 MHz, Estos dos equipos permiten receptar información de
compras de cliente en RF y trasmitirlas hacia el RADD para que sean registradas.
3.4.7 NC1500
Genera las direcciones IP para los decos digitales, permite un máximo de 75000 IPs,
actualmente se lo esta utilizando con las cajas DCT-700, y de esta forma obtener
ranking de programación.
3.4.8 KLS-1000
Almacena información de claves de validación de nuevos decodificadores y de esta
forma validarlos en la red para su posterior aprovisionamiento legal, estas
validaciones es para los decos de marca Motorola exclusivamente, de esta forma se
combate la piratería.
Si este equipo presentara alguna falla, la afectación se presentaría en la
desautorización paulatina de decos digitales dentro de las doce horas subsiguientes,
lo cual provocaría perdida de servicio. Únicamente se encuentra en GYE.
3.4.9 IPG SERVER
Es parte de un conjunto de servidores (descarga la programación y las
actualizaciones de servidores ubicados en el exterior) que permiten realizar la carga
de programación de guías digitales, se encuentra en UIO únicamente.
136
3.4.10 CS-1000
Ordena los datos que son enviados por el servidor IPG y trasforma la información a
RF para ser envida al OM-1000 y este a su vez, lo envíe hacia la red HFC para ser
distribuida a los clientes.
Todos los equipos relacionados al proceso de control se encuentran ubicados en el
HeadEnd principal de la ciudad de Quito del Grupo TVCable ubicado en el sector de
Bellavista.
Mientras que los equipos adicionales a instalarse en el HeadEnd Sal Rafael son
únicamente el OM-2000 y el ARPD-1000
3.5 ESPACIO FÍSICO REQUERIDO EN UNIDADES DE RACK (1RU)
NECESARIAS
HUBs
SEM V8
Switch HUBs Catalyst
3750
5
1.5
OM-2000
1
ARPD-1000
1
TOTAL
8.5 RU
Tabla 3.3 Distribución de equipos en rack
Una vez especificado en espacio físico requerido, se propone 1 rack de 42 RU, para
efectos de mejor distribución, ventilación y crecimiento de la red.
137
En la Figura 3.26 que se muestra a continuación, se establece la división del rack en
donde se ubicarán los equipos antes mencionados.
3.5.1 CONFIGURACIÓN DEL RACK
Figura 3.26: Configuración del rack
3.6 COSTOS REFERENCIALES DE TODO EL EQUIMAMIENTO QUE
SE REQUIERE
3.6.1 COSTOS DEL EQUIPAMIENTO NECESARIO EN EL HEADEND
HEADEND
Precio Unit
Cant.
Total
3
$ 19.125,00
Conversión a Video IP
Chassis sin tarjetas
$ 6.375,00
138
DM 6400 CherryPicker
instaladas.
Precargado con las
siguientes licencias:
PSIP Aggregation,
Stat Mux Pools,
External PSI/SI
Spooling
Input Module 4 ports DVB-ASI
All ports active
$ 2.125.00
12
$ 25.500,00
$ 4.250.00
3
$ 12.750,00
$ 2.125.00
3
$ 6.375,00
$ 320,00
3
$ 960,00
$1.950,00
2
$ 3.900,00
2 ports GiEth
Input/output with
electrical connectors.
One DMGIGE
Ethernet Module 2 port GbE
licence.
Included to enable
one port. Requires
one more DMGIGE
license to enable
second port.
Software license to
DMGIGE
enable additional port
on DMIOGIGEPLUS
I/O card
Additional software
application which
enables client PCs
running the DM GUI
DM-SW-FAC
to communicate to a
single DM device
through a firewall.
One copy of the FAC
installation CD is
required per DM.
DM-SLK
Transfer software
license keys from one
139
data flash card to
another. Fee is per
data flash card.
SWITCH CORE 4507
•
Cat4500 E-Series 7Slot Chassis, fan, no
ps, Red Sup Capable
•
Catalyst 4500 10/100
Auto Module, 48-Ports
(RJ-45)
•
3 WS-X4148-RJ
Catalyst 4500 10/100
Auto Module, 48-Ports
(RJ-45)
•
Catalyst 45xxR
Supervisor V-10GE,
2x10GE (X2) or
4x1GE (SFP)
•
Catalyst 4500 6-Port
10/100/1000 PoE or
SFP (Optional)
•
7 GLC-SX-MM GE
SFP, LC connector
SX transceiver
•
Catalyst 4500 6-Port
10/100/1000 PoE or
SFP
•
GE SFP, LC
connector SX
transceiver
•
Cisco CAT4500 IOS
ENTERPRISE
SERVICES SSH
•
Catalyst 4500 1400W
AC Power Supply
SWITCH CORE
4507R CISCO
96 puertos 10/100 RJ45
12 puertos GbE
$ 62.579.00
1
$ 62.579.00
140
(Data Only)
•
Catalyst 4500 1400W
AC Power Supply
Redundant(Data Only)
•
AC POWER CORD
(110V)
•
Cat 4500 IOS-based
Supervisor, Compact
Flash, 128MB Option
•
SOPORTE Proveedor
24X7X4
CANALES ABIERTOS A IP (HEMI)
HEMI 4 channel with IP Outputs
Digital Video
encoder, modulator.
$ 6.000,00
2
$12.000,00
1
$ 960,00
ESPACIO FÍSICO (RACKS)
Rack
$ 960,00
Subtotal
$ 144.149,00
Importación
$ 35.838,18
Total
$ 179.987,18
Tabla 3.4: Costos referenciales para el equipamiento del HeadEnd
3.6.2 COSTOS DEL EQUIPAMIENTO NECESARIO PARA EL HUB (SAN
RAFAEL)
HUB (SAN RAFAEL)
Precio Unit
Cant.
Total
$ 7.000,0
5
$ 35.000,00
$ 157,40
6
$ 944,40
GigEthernet RF
SEM V8
Transceiver 3COM
Transceiver
1000BASE-T SFP
GiEth
SWITCH HUBS
141
Catalyst 3750 24 10/100/1000
+ 4 SFP Std Multilayer; 1.5RU,
Power Cord,110V
Switch Cisco
GiEth
$ 5.261,19
2
$ 10.522,38
$2.945,00
1
$2.945,00
$ 5.210,00
1
$ 5.210,00
$ 2.471,00
6
$ 14.826,00
1
$ 960,00
FORWARD Y RETORNO (OOB)
Out of Band
OM-2000 (AC)
Modulator
Demodulador
ARPD1000
Digital
Tarjeta
ADM4000
demoduladora
ESPACIO FÍSICO (RACKS)
Rack
$ 960,00
Subtotal
$ 70.407,78
Importación o IVA
$ 21.784,56
Total
$ 92.192,34
Tabla 3.5: Costos referenciales para el equipamiento de HUB San Rafael
3.6.3 COSTOS DEL EQUIPAMIENTO TOTAL
HEADEND Y HUB (SAN RAFAEL)
HEADEND
$ 179.987,18
HUB (San Rafael)
$ 92.192,34
Total
$ 272.179,52
Tabla 3.6: Costos referenciales del equipamiento total
142
3.7ANÁLISIS DE LOS REQUERIMIENTOS NECESARIOS EN EL
LADO DEL USUARIO FINAL
En el lado del usuario será necesario disponer de decodificadores digitales tanto para
recibir la señal emitida por el proveedor así como también para desarrollar funciones
de interactividad.
¿Por qué DIGITAL?
Se elige el sistema digital debido a las siguientes ventajas:
• Dificulta la piratería y permite un mayor control del acceso a los servicios.
• Maximiza el ancho de banda: 12 a 18 canales digitales ocupando el mismo
espacio que un canal analógico (6 MHz).
La señal comprimida en MPEG2, incluye:
• Video: canales con mayor resolución y formatos.
• Datos: Guía de Programación y Servicios Interactivos.
– Opciones de subtitulación en varios idiomas.
– Opciones de PPV, IPPV y VOD (Video On Demand).
– Opción de Control Paterno.
• Audio: canales de música en formato MPEG (MP3/4).
143
Comparación de Bandas
Análogo
Digital
Figura 3.27: Comparación de banda para sistema análogo y digital
3.7.1 DECODIFICADOR DIGITAL
EL decodificador digital que ofrece la empresa y que permite obtener las
prestaciones mencionadas es el DCT 3080, el mismo que se muestra en la Figura
3.28.
Figura 3.28: Decodificador Digital DCT 3080
El Grupo TVCABLE pone a disposición de sus clientes el servicio DVR Digital, con el
nuevo decodificador Motorola DCT 3080 (Digital Consumer Terminal), el cual estará
144
disponible exclusivamente para el sistema de cable en las ciudades de Quito y
Guayaquil.
Este decodificador permitirá realizar las siguientes funciones:
•
Pausar, grabar y retroceder la programación en vivo de TVCable.
•
Grabar un programa mientras se está viendo otro.
•
Tener hasta 35 horas de Video grabación digital.
•
Acceder al sistema Audio Stereo Dolby Digital.
•
Almacenar programas ya que cuenta con un Disco duro de 80GB.
•
Disponer del control de programación en vivo.
3.7.1.1 DETALLES SOBRE EL SERVICIO
•
El valor por concepto de instalación del decodificador Motorola DCT 3080 será
de $ 70 + impuestos.
•
El cliente podrá financiar el costo de instalación con la tarjeta de crédito de su
elección.
•
Se cobrará $ 5 + impuestos mensuales por la utilización del servicio DVR
Digital (por cada caja).
•
Los clientes actuales deberán firmar un adendum al contrato original y una
nueva solicitud de suscripción para la contratación de este servicio.
•
Los clientes nuevos deberán firmar el contrato, la solicitud de suscripción y el
adendum.
145
Instalación Típica al televisor
Figura 3.29: Instalación del DCT al televisor
Instalación con VCR
Figura 3.30: Instalación del DCT al VCR
146
3.7.2 GUÍA DIGITAL
Todos los decodificadores mencionados tienen acceso a la Guía Digital informativa,
la misma que es descargada desde el servidor donde se almacena la misma,
denominado IPG server.
La guía digital se presenta visualmente en la pantalla del televisor del suscriptor
como se indica en la siguiente gráfica:
Figura 3.31: Guía Digital
Una derivación de la guía digital informativa, es la guía comercial que presenta
funcionalidades interactivas.
147
3.7.2.1
GUÍA COMERCIAL
Este servicio cuenta con el 100% de disponibilidad de canales, agrupados en
paquetes por género o temática. A continuación se muestran los costos que implica
adquirir la guía digital así como el servicio PPV.
• Guía Digital Opcional: $1.50
• PPV películas: canales 201 a 214 $4.00 + IVA
Figura 3.32: Formato PPV
148
3.7.2.2
BENEFICIOS DE LA GUÍA DIGITAL
• Ordenar películas y programación PPV mediante el Deco.
• Control de padres (impedir el acceso a programación de adultos).
• Proporcionar mayor información sobre la programación.
• Permitir búsqueda de programas.
• Recibir mensajes del operador de Cable.
• Programar recordatorios.
Consulta de programación
Figura 3.33: Navegando por Programación
149
Figura 3.34: Consulta de Programación
Compras mediante PPV
• Busque el programa por tema o título.
• Escoja la hora de inicio de la película.
• Confirme la compra.
Figura 3.35: Compras de eventos PPV
150
3.8 ESTUDIO DEL TRÁFICO DE VIDEO SOBRE IP
3.8.1 CONSIDERACIONES A TOMAR EN CUENTA
3.8.1.1 ANCHO DE BANDA POR FUENTE DE VIDEO MPEG-2
•
Para televisión con definición estándar (SDTV) = 3 - 4 Mbps.
•
Para televisión con alta definición (HDTV) = 12-15 Mbps.
Para fines del presente proyecto, todos los equipos soportan compresión MPEG-2,
para video en definición estándar (SD) para este análisis se ha optado por usar la
tasa de bit de 4 Mbps y 14 Mbps para video en alta definición (HD).
3.8.1.2 ENCAPSULAMIENTO IP
El tráfico a calcularse será MPEG-2 transport stream (TS) packets encapsulado en
IP/Ethernet:
Por lo tanto la encapsulación IP y proceso de conmutación añaden alrededor de 3.5
% overhead al ancho de banda del transporte MPEG-2. Pero por sugerencia de
Motorola se tendrá presente que los servicios sobre IP generan un overhead de +6%
aprox. en Ancho de Banda.
3.8.2 FUENTES DE VIDEO IP
ENCODERS VX-8000
Características:
•
Operación: IP to IP.
•
Distribución: Multicast
151
•
Cantidad actual: 2, cada uno con 3 canales.
WB ESTIMADO POR CADA VX-8000
Actual
WB estimado = (3 SPTS (audio y video) x 4 Mbps) + 6% (Overhead WB
empaquetamiento de Video/IP)
WB estimado = 12,72 Mbps.
Máximo
WB estimado = (7 SPTS (audio y video) x 4 Mbps) + 6% (Overhead WB
empaquetamiento de Video/IP)
WB estimado = 29,68 Mbps.
WB ESTIMADO TOTAL
Actual
WB estimado = (6 SPTS (audio y video) x 4 Mbps) + 6% (Overhead WB
empaquetamiento de Video/IP)
WB estimado = 25,44 Mbps
Máximo
WB estimado = (14 SPTS (audio y video) x 4 Mbps) + 6% (Overhead WB
empaquetamiento de Video/IP)
WB estimado = 59,36 Mbps
152
ENCODER HEMI 7 CANALES CON SALIDA IP
WB estimado = (7 SPTS (audio y video) x 4 Mbps) + 6% (Overhead WB
empaquetamiento de Video/IP)
WB estimado = 29,68 Mbps
DIGITAL VIDEO ENCODER EGTS CON SALIDA IP
Características:
Salidas IP EGT
•
Puertos: 10/100 base T media outputs MPEG-2 over streaming media (7
MPEG-2 transports packets/1IP/UDP packet) usando Ethernet /IP/UDP
protocols, Unicast y multicast.
•
Formato: SPTS o MPTS.
•
Audio Output Rate: Rango desde 64-384 for MPEG-1 Layer II. El rango es 96640 para AC-3. Por defecto es 192kbps.
•
Max. Video PES Rate (Mbps): 1.5-15Mbps.
Tráfico de video desde Encoder EGTs (Ancho De Banda estimado WB)
•
Cascada de EGTs (193.2.1.11) = 23 Mbps. → 5 Canales SD
153
•
EGTs (193.2.1.24) = 5 Mbps. → 1 canal SD
•
Cascada de EGTs (193.2.1.14) = 16,50 Mbps. → 5 canal SD
•
Cascada de EGTs (193.2.2.135) = 26,60 Mbps. → 7 canal SD
•
Cascada de EGTs (193.2.1.101) = 28,00 Mbps. → 8 canal SD
154
•
Cascada de EGTs (193.2.1.109) = 26,40 Mbps. → 8 canal SD
•
Cascada de EGTs (193.2.1.117) = 26,40 Mbps. → 8 canal SD
•
Cascada de EGTs (193.2.1.125) = 26,40 Mbps. → 8 canal SD
155
•
Cascada de EGTs (193.2.1.151) = 15,60 Mbps. → 4 canal SD
•
Cascada de EGTs (193.2.1.188) = 10,00 Mbps. → 2 canal SD
•
Cascada de EGTs (193.2.1.143) = 18,60 Mbps. → 6 canal SD
•
EGTs (193.2.1.144) = 5 Mbps. →1 Canal SD
156
•
EGTs (193.2.1.160) = 5 Mbps. → 1 Canal SD
Tráfico total en EGTs = ∑ de tráficos = 232.50 Mbps
WB Total Estimado = (Tráfico total de EGTs) + 6% (Overhead WB empaquetamiento
de Video/IP).
WB Total Estimado = 246,45 Mbps
3.8.3 FUENTES DE VIDEO ASI
ENCODERS CON SALIDA ASI (IRD)
•
Entradas ASI: 26.
•
Cantidad de canales:
49 SD
2 HD
Flujo de tráfico total (WB)
•
WB estimado para tráfico Video SD= (49 SPTS (audio y video) x 4 Mbps) +
6% (Overhead WB empaquetamiento de Video/IP)
WB estimado Video SD = 207,76 Mbps
•
WB estimado para tráfico Video HD= (2 SPTS (audio y video) x 14 Mbps) +
6% (Overhead WB empaquetamiento de Video/IP)
WB estimado Video SD = 29,68 Mbps
•
WB Total Estimado = ∑(canales SD y HD) = 237,44 Mbps
157
DSR440-MD
Flujo de tráfico desde dispositivos DSR440-MD
•
23 canales (7 CH PPV + 16 CH Música) ≈ 27 Mbps → In ASI
•
16 canales (7 CH PPV + 9 CH Música) ≈ 27 Mbps → In ASI.
•
16 canales (3 CH PPV + 3 CH Video + 10 CH Música) ≈ 27 Mbps → In ASI.
•
17 canales (3 CH PPV + 3 CH Video + 10 CH Música) ≈ 27 Mbps → In ASI.
WB estimado de entrada para este tráfico = (4 ASI x 27 Mbps) + 6% (Overhead WB
empaquetamiento de Video/IP)
WB estimado DSR440-MD = 114,48 Mbps
Por lo tanto WB total que va desde los DM6400 hacia el Switch de core es de:
Ancho de Banda de salida Total DM6400 (Video over IP) = 25,44 Mbps + 29,68
Mbps + 246,45 Mbps + 237,44 Mbps + 114,48 Mbps.
Ancho de Banda de salida Total DM6400 (Video IP) = 653,49 Mbps
Este tráfico de video será conmutado hacia los HUBs y además será distribuido a
cada dispositivo DM6400.
DISTRIBUCIÓN DEL TRÁFICO VIDEO IP EN DM6400 (CHERRY PICKER)
Primer Cherry Picker
•
IN ASI = 39 Ch SD, 1 Ch HD, 25 Ch Audio.
•
IN GiEth= 39 SPTS.
158
Encoders con salida ASI (IRD)
Tráfico IRD SD= (25 Ch SD
x 4 Mbps) + 6% (Overhead empaquetamiento de
Video/IP)
Tráfico IRD SD= 106 Mbps.
Tráfico IRD HD= (1 Ch HD
x 14 Mbps) + 6% (Overhead empaquetamiento de
Video/IP)
Tráfico IRD HD= 14,84 Mbps.
DSR440-MD
Tráfico
desde
DSR440-MD
=
(27Mbps
x
empaquetamiento de Video/IP)
Tráfico desde DSR440-MD = 57,24 Mbps.
Fuentes de Video en IP
In GiEth = 39 SPTS = 151 Mbps
Tráfico de Cherry Picker # 1 = 329,08 Mbps
Segundo Cherry Picker
•
IN ASI = 32 Ch SD, 1 Ch HD, 25 Ch Audio.
•
IN GiEth= 38 SPTS.
2
tráficos)
+
6%
(Overhead
159
Encoders con salida ASI (IRD)
Tráfico IRD SD= (24 Ch SD
x 4 Mbps) + 6% (Overhead empaquetamiento de
Video/IP)
Tráfico IRD SD= 101, 76 Mbps.
Tráfico IRD HD= (1 Ch HD
x 14 Mbps) + 6% (Overhead empaquetamiento de
Video/IP)
Tráfico IRD HD= 14,84 Mbps.
DSR440-MD
Tráfico
desde
DSR440-MD
=
(27Mbps
x
2
tráficos)
+
6%
(Overhead
empaquetamiento de Video/IP)
Tráfico desde DSR440-MD = 57,24 Mbps.
Fuentes de Video en IP
In GiEth = 39 SPTS = 150,57 Mbps
Tráfico de Cherry Picker # 2 = 324,41 Mbps
Tráfico Total de los equipos Cherry Picker = ∑( Tráfico de Cherry Picker # 1 +
Tráfico de Cherry Picker # 2)
Tráfico Total de los equipos Cherry Picker = 329,08 Mbps + 324,41 Mbps
Tráfico Total de los equipos Cherry Picker = 653,49 Mbps
160
3.8.4 DIAGRAMA DE DISTRIBUCIÓN DEL TRÁFICO DE VIDEO SOBRE IP
Figura 3.36: Distribución del Tráfico de Video sobre IP
161
CAPÍTULO IV
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
4.1 CONCLUSIONES
•
Como conclusión de lo analizado y aprendido en este trabajo, se puede decir
que a medida que aumente el ingreso de usuarios conectados a Internet será
mucho más fácil el cambio hacia una entrega de servicios de forma integral,
esquema conocido también con el nombre de triple play (telefonía, televisión,
Internet). Este cambio se dará en función de la disminución de los costos de
estos servicios, lo cual produce un crecimiento mucho mayor de las personas
dispuestas a contratar estos servicios.
• La Televisión IP revoluciona la forma de ver la televisión, puesto que aporta
más canales y más calidad, una mejora de imagen y de sonido, la posibilidad
de visualizar los contenidos en formato panorámico (16:9), de disfrutar del
sonido Dolby Digital 5.1 y el acceso a servicios y aplicaciones interactivas,
como es la guía electrónica de programación, teleinformación (educación,
deportes, clima, mercadeo, etc).
• La Televisión IP está orientada en aumentar la interactividad con los usuarios
y proveerlos del control de lo que realmente desean ver y cuando hacerlo,
gracias a los servidores IP usados en la entrega de este servicio. Por otra
parte se hace más partícipe al consumidor de la información que se requiere
como lo son por ejemplo: las estadísticas de equipos de futbol, servicio de
compra de videos bajo demanda, y la publicidad que el cliente desea ver.
162
• Debido a la personalización de entrega de servicios en el esquema de
Televisión IP, se tiene una disminución en los actos fraudulentos de conexión
sin permiso hacia los servicios de televisión, dado que los servicios son
entregados a una dirección IP fija además del hardware necesario para
realizar la descompresión de la información recibida.
• Un aspecto importante de IPTV es que está pensado para transmitir videos en
distintos formatos lo cual hace más flexible el envío de información, además
gracias a los servidores IP se pueden almacenar en estos gran cantidad de
archivos que estarían disponibles para los clientes desde cualquier parte del
mundo, solo sería necesario una conexión a internet y si es necesario del
hardware adecuado.
• IPTV está enfocado a crecer enormemente, debido a que no se encasilla en
interactuar con ella a través de un solo medio (televisor) sino más bien se
puede conectar a través de computadores. Por otra parte la comunicación ya
no sería unidireccional, es decir IPTV nos brindaría un medio de interactuar
con ella y hacerla más acorde a las necesidades del cliente.
• El uso de fibra óptica en la red de transporte para el servicio de televisión
incluido en el paquete triple play, permite optimizar su funcionamiento puesto
que
al
alcanzar
distancias
de
hasta
20
Km,
se
ve
minimizado
considerablemente los problemas de ruido, atenuación e interferencia en la
red gracias al tipo de elementos pasivos contenidos en ella.
• La implementación del diseño propuesto, no implica en gran medida una fuerte
inversión, puesto que el Grupo TVCable, al tener ya una infraestructura de red
de datos IP definida (IP/MPLS), podrá hacer uso de la misma para el
transporte de tráfico de audio y video de la tecnología IPTV.
163
• El mayor obstáculo para reducir el costo en la industria de las tecnologías de
cable de hoy en día es el uso de sistemas propietarios en la recepción de
contenidos. Si bien los formatos de transporte son estándares abiertos, sus
componentes y sistemas de proceso en medios de comunicación son casi
siempre basadas en arquitecturas propietarias. El resultado es que los
equipos de diferentes fabricantes a menudo no pueden ser combinados sin un
prolongado y costoso trabajo de integración, y es difícil y hasta imposible de
modificar el comportamiento de las "cajas negras" que componen estos
sistemas sin tener que recurrir al fabricante original.
4.2 RECOMENDACIONES
• Es necesario tener claro el concepto de IPTV, ya que muchas veces se
produce una confusión entre IPTV e Internet TV, puesto que ambos términos
son usados indistintamente para hablar de Televisión a través de Internet. Si
bien es cierto que los dos hacen referencia a la misma idea, se puede
encontrar diferentes puntos que los diferencian, ya que mientras Internet TV
sugiere el uso de Internet para la transmisión de contenidos de Vídeo, siendo
un entorno menos controlado, en el que el acceso tiene un carácter más
abierto, IPTV por el contrario usa redes privadas dedicadas para llevar el
contenido al usuario final, en un entorno más cerrado en el que el proveedor
controla todo el proceso.
• Dado que el proceso tecnológico se encuentra en constante evolución, es
necesario ir a la par con personal técnico capacitado con la finalidad de
explotar al máximo los recursos y servicios con los que cuenta el Grupo
TVCable.
• La elección del fabricante de los equipos a utilizarse en la implementación, se
la debe hacer en función a las prestaciones anteriores que hayan tenido de
164
una forma u otra con la empresa, puesto que el Grupo TVCable al brindar ya
el servicio de televisión digital, mantiene vínculos comerciales con varios
proveedores de equipos de televisión como es el caso de Motorola.
165
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Direcciones electrónicas
[1]
http://www.monografias.com/trabajos11/tvdigi/tvdigi.shtml
[2]
http://eprints.ucm.es/tesis/inf/ucm-t29476.pdf
[3]
http://www.monografias.com/trabajos5/tv/tv.shtml
[5]
http://en.dtvstatus.net/
[7]
http://www.supertel.gov.ec/pdf/tdt/31_preguntas_tdt.pdf
[8]
http://www.supertel.gov.ec/pdf/revista_supertel4.pdf
[10]
http://www.teleina.com/dvd/dolby_ac-3.htm
[11]
http://www.cs.ucl.ac.uk/teaching/GZ05/08-h261.pdf
[12]
http://iie.fing.edu.uy/ense/asign/codif/material/monografias/2002-02.pdf
[13]
http://www.monografias.com/trabajos10/vire/vire.shtml
[14]
http://gps-tsc.upc.es/imatge/Main/TEI/hibridos.pdf
[16]
http://www.topbits.com/wmv.html
[17]
http://www.javvin.com/protocolH261.html
[18]
http://virtual.uaeh.edu.mx/riv/videoconferencia.php
[19]
http://neutron.ing.ucv.ve/revista-e/No5/JRozada.html
[20]
http://www.ejournal.unam.mx/ict/vol0803/ICT000800304.pdf
[21]
http://es.wikipedia.org/wiki/Hybrid_Fibre_Coaxial
[25]http://www.gatv.ssr.upm.es/stelradio/STEL/adjuntos/material_consulta/4_apuntes
_sistemas_hfc.pdf
[26]
http://www.sec-sonora.gob.mx/telesecundaria/inf_tecnica/LNB.pdf
[27]
http://wikitel.info/wiki/XDSL
[30]
http://www.saulo.net/pub/tcpip/a.htm
[31]
http://iie.fing.edu.uy/ense/asign/codif/material/monografias/2004-01.pdf
[32]
http://wikitel.info/wiki/Televisi%C3%B3n_IP_multicast
[33]
www.atis.org
[34]
www.tmira.com
[35]
http://www.ramonmillan.com/documentos/tdt.pdf
[36]
www.mediaschool.ohiou.edu/its/imgs/iptv.jpg
166
[37]
www.amt.com/images/products/DSR-4400MD.pdf
[38]
www.scientificatlanta.com
Libros y publicaciones
[9]
Tanenbaum, Andrew. “Redes de computadoras”. Cuarta Edición. Editorial
Pearson Educación. 2003. México
[22]
Información referencial del Grupo TVCable, 2009
[28]
Lloret Mauri, Jaime. Boronat Seguí, Fernando. García Pineda, Miguel. “IPTV:
la televisión por Internet”. Publicaciones Vértice.
[29]
William Stallings. “Comunicaciones y redes de computadores”. Prentice Hall.
Sexta edición.
Proyectos De Titulación
[4]
López Carrillo, Ángel Fabricio. “ESTUDIO TECNICO DE FACTIBILIDAD PARA
LA IMPLEMENTACION DE UN CANAL DE TELEVISION DIGITAL EN LA CIUDAD
DE RIOBAMBA”. Escuela Politécnica Nacional, 2008
[6]
Melaños
Salazar,
Carla
Verónica.
“DISEÑO
DE
UN
SISTEMA
DE
TELEVISIÓN SOBRE IP PARA LA EMPRESA PORTADORA TELCONET, PARA LA
ZONA URBANA DEL DISTRITO METROPOLITANO DE QUITO”. Escuela Politécnica
Nacional, 2009
[15]
Lalangui Aldeán, Diana Marivel. “DISEÑO DE UNA RED PARA PROVEER EL
SERVICIO DE VIDEO BAJO DEMANDA VOD SOBRE IP”. Escuela Politécnica
Nacional, 2008
[23]
Pabón Taco, Diana Patricia. “DISEÑO DE UNA RED DE ACCESO GPON
PARA PROVEER SERVICIOS TRIPLE PLAY (TV, INTERNET Y TELEFONÍA) EN EL
SECTOR DE LA CAROLINA A TRAVÉS DE LA RED DEL GRUPO TVCABLE”.
Escuela Politécnica Nacional, 2009
167
[24]
Chávez Paredes, Diego Lenin. Montero Revelo, Silvana Fernanda. “DISEÑO
PARA LA MIGRACIÓN DE LA RED DE SETEL HACIA UN CARRIER QUE UTILIZA
TECNOLOGÍA MPLS, PARA PROVEER SERVICIOS DE VoIP EN TODO EL
DISTRITO METROPOLITANO DE QUITO”. Escuela Politécnica Nacional, 2008